某文体中心屋盖结构设计

林菲菲

（广东省建筑设计研究院有限公司 广州 510010）

0 引言

一般大型公共类建筑或地标性建筑其造型都比较复杂，多数呈（椭）圆弧状［1-2］，造型优美，实际效果比较震撼［3-4］，但屋面标高参差不一，同时给施工带来诸多不便［5-6］；本文旨在对裙房屋盖进行结构设计，对楼面板四个节点不共面等实际问题提出相应的解决方案，为类似工程提供一定的设计及施工参考。

1 工程概况

广东省梅州市某项目由综合楼、裙房和体育馆组成；裙房地下1层，地上2层，总高度约15 m，主体结构体系为框架-剪力墙结构［7-8］，屋面为绿化种植屋面，屋面梁采用混凝土现浇的形式，屋面有6 处旋转楼梯开洞，中间有刚结构连廊相连，建筑效果如图1所示。

图1 建筑效果Fig.1 Building Renderings

建筑结构安全等级为二级，耐火等级为二级，结构设计基准期为50 年，场地类别为Ⅱ类，抗震设防类别为丙类，设防烈度为7度（0.1g），地基基础设计等级为甲级，基本风压值为0.4 kN/m2，地面粗糙程度为B类，设计地震分组属第一组，特征周期为0.35 s，人防工程的抗力等级为核六常六。

本工程设计的重点和难点在于复杂屋盖结构的建模与分析、如何解决屋盖开洞井口对结构的不利影响、曲面屋盖节点标高的确定、屋盖结构关键节点设计。本文主要针对曲型屋盖整体关键节点进行设计与讨论。

2 荷载与作用

工程荷载取值严格按照《建筑结构荷载规范：GB 50009—2012》［8］选取。结构分析中考虑了结构自重、屋面恒载、屋面活载、风荷载、温度作用和地震作用，主要荷载取值如下：

⑴屋面恒载：一般不超过15 kN/m2，恒载最大区域为22 kN/m2。

⑵屋面活载：种植屋面处活荷载不得大于5 kN/m2。

3 结构选型

裙房屋盖A 与C 两部分均采用混凝土结构，中部为中庭屋盖且有钢结构连廊相连（B 部分），连廊板采用Ⅰ型热镀锌钢板。中庭屋盖采用钢结构（C 部分），屋盖结构总体平面布置如图2 所示，落地屋面坡度约为0.2～0.5，结构模型如图3所示。

图2 屋盖结构平面布置Fig.2 Roof Structure Floor Plan

图3 屋盖结构模型Fig.3 Roof Structure Model

3.1 裙房屋盖

本屋面板板厚取值为180 mm，局部受荷特殊处板厚取值为200 mm，楼板配筋采用φ10@100 mm 双层双向拉通，局部采用φ14@100 mm 双层双向拉通，板开洞处采用加强钢筋处理，砌体直接置于板上时有钢筋附加，为解决沉降差并减小温度收缩对混凝土内力的影响［9］，采用1 000 mm 宽的后浇带进行分割浇筑，对屋盖起坡位置相邻跨的短柱，采用钢管约束混凝土柱提高框架柱的抗震承载力，并对起坡位置进行带落地剪力墙与不带落地剪力墙包络设计，屋盖楼板配筋率按0.25%控制。

针对曲面形屋盖结构，屋面反梁节点标高进行集中标注，局部节点标高如图4所示；四边形楼板的节点标高不在同一个平面时，板统一做整体弯折处理且不可焊接，如图5所示，折板的方向按以下原则：

图4 节点标高局部标注Fig.4 Local Labeling of Node Elevation （mm）

图5 楼板不共面处理Fig.5 Non-coplanar Treatment of Floor Slabs

⑴折线基本与等高线方向平行，即去掉最大值（如D2）；

⑵去掉最小值（如D3），中间值相连（D1连接D4）。

3.2 中庭网架

中庭网架屋盖通过Rhino 模型，经网格划分后正面投影至平面，将节点标高反提至模型中，得到各个节点标高，杆件主要截面尺寸如表1所示。

表1 杆件截面尺寸Tab.1 Section Size of Rod

中庭网架如图6 所示，局部网架节点编号如图7所示，局部节点坐标如表2所示。

表2 网架局部节点坐标Tab.2 Local Node Coordinates of Grid

图6 网架轴测Fig.6 Grid Axonometric

图7 网架局部节点编号Fig.7 Local Node Elevation of Grid

3.3 连廊

两处混凝土屋盖由刚结构连廊相连，楼层面板采用镀锌层厚度120 g/m2的楼承板，型号为YX-75-230-690Ⅰ型热镀锌钢板［10］，厚度为20 mm，端部支座凹肋处设置高度105 mm，直径为φ16 mm 的栓钉与楼承板焊接在钢梁上，连廊结构平面布置如图8所示；钢梁之间的连接为铰接，尺寸如表3所示。

表3 连廊截面尺寸Tab.3 Corridor Section Size

支座形式采用滑动支座（支座1）与限位支座（支座2）隔一布一排列，如图8所示。

图8 连廊结构平面布置Fig.8 Layout Plan of the Corridor Structure

4 节点设计

滑动牛腿支座节点与限位支座节点的预埋板均采 用-500 mm×500 mm×25 mm 的 埋 件，锚 筋 采 用10φ22 且端部设有-80 mm×80 mm×20 mm 的锚板，埋设-75 mm×150 mm×15 mm 的槽钢抗剪键，滑动支座上部设有-410 mm×500 mm×20 mm 的垫板与钢梁单侧焊接，折板采取弯折不焊接的方式，弯折板与混凝土压型钢板中间由钢桁架相连，相关支座形式与埋件如图9、图10所示。

图9 滑动端牛腿节点Fig.9 Sliding End Corbel Node （mm）

图10 限位端牛腿节点Fig.10 Limit End Corbel Joint （mm）

5 结语

⑴本会展中心采用钢筋混凝土框架加中庭钢结构桁架屋面体系，并由连廊相连，满足建筑大跨度空间的要求，钢结构杆件外露，线条分明，各结构杆件过渡平滑，达到了建筑结构的完美结合。

⑵通过对不共面四边形折板的优化处理，有效地解决了四点标高不统一的问题，有效保证了屋面主桁架的稳定性，结构方案合理，安全可靠。

⑶针对支撑桁架的框架柱，进行抗震性能化设计并采取加强措施，框架柱顶做预埋件，通过抗震球形铰支座与桁架下弦连接，保证传力明确，安全可靠。