談省會文化藝術(shù)中心多功能廳的結(jié)構(gòu)設(shè)計

張學(xué)利

(北京市建筑設(shè)計研究院有限公司，北京 100045)

1 工程概況

省會文化藝術(shù)中心位于濟南市西客站片區(qū)，工程建成后將是濟南西部開發(fā)區(qū)的地標性建筑。工程總建筑面積7.48萬m2，由歌劇院、多功能廳、音樂廳及附屬用房組成。工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為整體筏板式基礎(chǔ)，底板以上劇場設(shè)抗震縫分成相互獨立的單元。本文內(nèi)容主要針對中間多功能廳部分。多功能廳長99 m，寬74 m，總建筑面積約2萬m2，地上建筑面積1.8萬m2，地下建筑面積0.2萬m2。地下1層為設(shè)備用房，首層為大廳和貴賓室，2層為觀眾廳和餐廳，3層為辦公室和庫房，4層為舞臺機械控制室，5層為開放辦公室，6層為設(shè)備機房。效果圖見圖1。

圖1 建筑效果圖

2 結(jié)構(gòu)體系

2.1 上部結(jié)構(gòu)體系

對于劇場這種大跨度公共建筑，不能簡單采用框架結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)適當(dāng)多設(shè)抗側(cè)力構(gòu)件，加強其抗側(cè)剛度，減少側(cè)移［1］。多功能廳采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，在觀眾廳周邊和樓電梯周邊布置了剪力墻。超出標高12.5 m的室外平臺的上部曲面建筑造型由混凝土斜柱斜梁形成，屋頂中間18 m跨采光頂由支撐在兩側(cè)混凝土梁上的鋼梁形成。項目框架柱主要截面尺寸為800 mm×800 mm;觀眾廳墻體厚500 mm;樓電梯間外墻厚300 mm，內(nèi)墻厚200 mm;柱、墻混凝土強度等級為C40，梁板為C30;屋頂采光頂鋼梁截面尺寸為Φ500×20，鋼材為Q345B。

2.2 地基基礎(chǔ)設(shè)計

多功能廳地下1層，基底埋深8.50 m。根據(jù)地勘報告，地基主要受力層范圍內(nèi)工程特性差異較大;項目跨度大，基底壓力分布不均勻;后期相鄰地塊地下空間開發(fā)基坑降水對地基基礎(chǔ)可能產(chǎn)生沉降的影響，項目采用CFG樁復(fù)合地基。濟南地下水位埋藏淺，本工程基礎(chǔ)埋深相對較深，設(shè)計用厚度為1 m的平板式筏基，既解決了聲學(xué)報告的最小底板厚度要求，又同時解決了結(jié)構(gòu)整體抗浮問題。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算

3.1 多遇地震下的分析

本工程抗震設(shè)防烈度為6度［2］，設(shè)計基本地震加速度值為0.05g，水平地震影響系數(shù)最大值為0.04，Ⅲ類場地，設(shè)計地震分組為第三組，特征周期0.65 s。工程場地地震安全性評價報告由北京中震創(chuàng)業(yè)工程科技研究院和濟南市地震安評工程研究院共同提供。報告中給出的地震參數(shù):水平地震影響系數(shù)最大值0.063，特征周期Tg=0.40 s，相對抗震規(guī)范所給的參數(shù)更加不利，實際計算中均采用安評報告參數(shù)。本工程結(jié)構(gòu)安全等級為一級;抗震設(shè)防類別為乙類;剪力墻的抗震等級為二級;框架的抗震等級為三級。采用PKPM和ETABS軟件進行結(jié)構(gòu)的整體計算分析。

從表1的結(jié)果可以看出，各軟件計算的結(jié)構(gòu)總質(zhì)量、剪重比比較接近，各個計算模型的有效質(zhì)量系數(shù)均大于90%，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)周期對比結(jié)果見表2。

表1 整體結(jié)構(gòu)總質(zhì)量、基底剪力比較

表2 整體結(jié)構(gòu)周期表 s

由于絕對位移非常小，PKPM和ETABS計算的層間位移角均小于1/9 999，在控制樓層最大水平位移和層間位移與層均值比值［3］時，可適當(dāng)放大限值，由北京市建筑設(shè)計研究院編制的《建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)措施》5.2.4，可取為1.8。本工程樓層最大水平位移和層間位移與均值比值僅有個別大于1.5，最大為1.61且都小于 1.8，滿足要求。

本工程的不規(guī)則項［4］主要有以下幾個方面:1)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比為1.61，大于1.2;2)樓板不連續(xù)，4層樓板開洞面積為40%，大于30%。初步設(shè)計審查會專家組意見為非超限工程，整個項目于2011年通過了初步設(shè)計專項審查。

3.2 中震彈性分析

鑒于工程的重要性，設(shè)計中對結(jié)構(gòu)的重要部位設(shè)定了中震彈性的性能要求，補充了中震彈性計算分析。抗震規(guī)范所給出的中震計算參數(shù)為:水平地震影響系數(shù)最大值0.12，特征周期Tg=0.65 s;安評報告所給出的中震計算參數(shù)為:水平地震影響系數(shù)最大值0.175，特征周期Tg=0.45 s。工程計算時取用抗震規(guī)范所給的參數(shù)，用PKPM軟件進行了補充計算。

在工程設(shè)計中對出12.5 m標高室外平臺為斜柱的框架柱的12.5 m以下部位，觀眾廳四周混凝土剪力墻，及支撐中庭鋼連橋的4根框架柱，采用了中震彈性計算結(jié)果和小震彈性計算結(jié)果的包絡(luò)值控制配筋，同時適當(dāng)提高了12.5 m標高斜柱附近相關(guān)范圍的梁、板配筋。

4 結(jié)語

對于多功能廳這種受力復(fù)雜的混凝土結(jié)構(gòu)，進行了多模型的對比分析;在性能設(shè)計上提高重要部位的抗震能力，保證了結(jié)構(gòu)良好的抗震性能。

［1］2009全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施結(jié)構(gòu)(混凝土結(jié)構(gòu))［S］.

［2］GB 50011-2001，建筑抗震設(shè)計規(guī)范(2008年版)［S］.

［3］JGJ 3-2002，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點［S］.