某體育館整體分析的必要性

蔣美麗 劉殿忠

1.吉林建筑大學(xué)設(shè)計(jì)研究院2.吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院

某體育館整體分析的必要性

蔣美麗1劉殿忠2

1.吉林建筑大學(xué)設(shè)計(jì)研究院2.吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院

傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),一般是各類結(jié)構(gòu)單獨(dú)作用分別考慮,例如將主體結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行計(jì)算分析,這種方法不能反映圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度對主體結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)及其在各種荷載作用下對主體結(jié)構(gòu)的影響,也不能反應(yīng)主體結(jié)構(gòu)有限剛度對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的效應(yīng)放大及連接界面處的彈性支承,存在一定的安全隱患。

主體結(jié)構(gòu)；維護(hù)結(jié)構(gòu)；整體建模；有限元軟件

1 工程概況

某體育館，主體為框架結(jié)構(gòu)，地下一層，地上二層，各層層高為：地下室4.5米，一層4.5米，二層15.6米。屋面為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，總建筑面積8470平方米。抗震設(shè)防烈度7度，抗震等級三級，基礎(chǔ)形式為獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板。

設(shè)計(jì)中需要考慮的主要問題如下：

(1)地下室頂板開有較大洞口，屋面為大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，為減小震害，必須控制結(jié)構(gòu)的整體剛度，避免出現(xiàn)較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；

(2)因建筑造型需要，兩端山墻位置在室外對稱設(shè)計(jì)了5根高度約20米的混凝土裝飾柱，截面尺寸為800×800，僅在頂部用跨度為3.5米的水平梁與主體結(jié)構(gòu)相連。考慮到裝飾柱的高度較大，且位于室外，需要考慮冬夏兩季的溫差在混凝土構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。

(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)宜考慮兩種不同材料阻尼比對地震作用計(jì)算的影響；

2 結(jié)構(gòu)的整體性分析

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ 50011-2010）第3.4.3條的條文說明指出，“樓蓋周邊兩端位移不超過平均值2倍的情況成為剛性樓蓋，……計(jì)算扭轉(zhuǎn)位移比時(shí)，樓蓋剛度可按實(shí)際情況確定而不局限于剛度無限大假定。”本工程屋面為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，且樓板開有較大洞口，故剛度指標(biāo)計(jì)算時(shí)，不宜采用剛性樓板假定。在PK?PM中，屋面網(wǎng)架用100x100的虛梁簡化輸入，樓板厚度按50mm輸入，并定義為彈性膜，用彈性樓板假定計(jì)算結(jié)構(gòu)整體剛度指標(biāo)。計(jì)算結(jié)果表明，這些室外的混凝土柱因側(cè)向約束很少，層間位移角在1/900左右，層間位移比達(dá)到了1.8左右，但室內(nèi)其它框架柱的位移比均在1.2以內(nèi)。從結(jié)構(gòu)整體空間振動(dòng)簡圖可以明顯的看出，結(jié)構(gòu)在X、Y兩方向的地震反應(yīng)均為平動(dòng)。為了進(jìn)行驗(yàn)證，在另一模型中將室外混凝土柱刪除后重新計(jì)算，結(jié)果表明，第1、2振型均為平動(dòng)，主體結(jié)構(gòu)的層間位移比均在1.2以內(nèi)。

計(jì)算結(jié)果說明雖然裝飾柱的位移較大，但主體結(jié)構(gòu)在地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較小，屬于樓板局部不連續(xù)，但不屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，不必因?yàn)槭彝庋b飾柱的局部位移比指標(biāo)超限而提高抗震設(shè)防要求。但根據(jù)《抗規(guī)》3.4.4.第1.3款的規(guī)定，“平面不對稱且凹凸不規(guī)則或局部不連續(xù)，可根據(jù)實(shí)際情況分塊計(jì)算扭轉(zhuǎn)位移比，對扭轉(zhuǎn)較大的部位應(yīng)采用局部的內(nèi)力增大系數(shù)。”因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，室外的裝飾柱的內(nèi)力及配筋應(yīng)予以適當(dāng)放大。本工程根據(jù)SATWE計(jì)算結(jié)果，將柱的內(nèi)力放大1.5倍后，對配筋結(jié)果進(jìn)行手工復(fù)核。

3 結(jié)論

本工程梁與網(wǎng)架相連處的梁柱節(jié)點(diǎn)為半剛接，主體結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度（尤其是層高較大的頂層）、網(wǎng)架的面內(nèi)剛度及支座的構(gòu)造措施（固定或滑動(dòng)）都將影響室外梁柱的溫度應(yīng)力。

為簡化計(jì)算，可將梁、柱支座均簡化為固定端及鉸接端兩種情況，本工程結(jié)構(gòu)實(shí)際的受力狀況將介于兩者之間。揭示了由上部鋼結(jié)構(gòu)和下部混凝土結(jié)構(gòu)組成的大跨空間結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的上下部結(jié)構(gòu)單體設(shè)計(jì)方法存在安全隱患,這種方法既不能反映上部結(jié)構(gòu)剛度對整體結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn),也不能反映下部結(jié)構(gòu)有限剛度對上部結(jié)構(gòu)的效應(yīng)放大;提出了上部結(jié)構(gòu)對下部結(jié)構(gòu)既有作用又有剛度約束,下部結(jié)構(gòu)對上部結(jié)構(gòu)既有支承又有效應(yīng)放大,故需通過總裝分析整體結(jié)構(gòu)。整體結(jié)構(gòu)總裝分析的理念與方法對大跨空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參考應(yīng)用。

[1]CECS51－93.鋼筋混凝土連續(xù)梁和框架考慮內(nèi)力重分布設(shè)計(jì)規(guī)程[S].北京:中國計(jì)劃出版社,1993.

[2]GB 50010-2010.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010(5).

[3]JG J3-2010.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011(6).

[4]GB 50009-2012.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012(5).

The necessity of the overall analysis of a gymnasium

Traditional architectural design，General is the role of various types of structures were considered separately，F(xiàn)or example,the main structure,envelope structure were calculated and analyzed，This method can not reflect the contribution of the envelope stiffness to the main structure and its influence on the main structure under various loads,and can not reflect the effect of the finite stiffness of the main structure on the envelope structure and the elastic support at the connection interface,There is a certain security risk。

main structure,maintenance structure,overall mod?eling,finite element software

蔣美麗/（1983.2.20--）/性別:女/學(xué)歷:本科/職稱:中級工程師/

劉殿忠/性別:男/學(xué)歷:研究生/學(xué)位:博士/職稱:教授.