淺析某學校綜合體育館鋼骨混凝土結構設計思路

吳為森

（泉州市城建國有資產投資有限公司 福建泉州 362000）

1 工程概況

本工程為某大學附屬中學，位于杭州諸暨新區四站大型居住社區內，27～05號地塊，地塊北面臨羅卜港，西臨北浪西河，南面至盤龍浦路，東面接27～06和27～07號地塊?？偨ㄖ娣e為5170.16m2，其中地上建筑面積4540.88m2，地下建筑面積629.28m2。

本工程包含兩部分：籃球館和游泳館及體操健身房。游泳館及體操健身房設有一層地下室，地面以上主體建筑有兩層，籃球館一層通高。見圖1（左側籃球館，右側游泳館及體操健身房）及結構設計使用年限50年，建筑抗震設防類別丙類，建筑結構安全等級一級，抗震設防烈度Ⅶ度，IV類，設計基本地震加速度0.10g，設計地震分組：第一組；設計特征周期：0.9s。

2 結構體系

2.1 地基與基礎

該地塊第2層褐黃～蘭色粉質粘土在明浜、塘地段變薄或缺失，為本場地的不良地質和梯段擋土墻兩條件。對上述不良地質采取措施：采用2：8灰土攪拌均勻或優質天然土（土料中有機質含量不超過5%，當含有碎石時，其粒徑不大于50mm）進行分層回填夯實，分層鋪填厚度不大于300mm，墊層壓實系數不小于0.94。若采用天然土回填，控制的最小干密度為1.71g/cm3×90%=1.54g/cm3，合格干密度下的含水率區間為11～24%。根據建筑的特性、設計要求及場區內工程地質條件綜合分析，選用樁基獨立承臺基礎形式。并選用6～4層暗綠色粉質粘土作為樁端持力層。

圖1

2.2 嵌固端位置

嵌固部位就是預期塑性鉸出現的部位，確定嵌固部位就可通過剛度和承載力調整迫使塑性鉸在預期部位出現。根據混凝土結構技術規程，游泳館及體操健身房均少于10層，且房屋高度均不超過28m，故本工程為多層建筑。多層建筑宜將上部結構的嵌固部位設在地下室頂板，基于這個假定的計算結果由于不考慮地下室部分的質量，總體地震力較小，設計易行。但由于地下室首層板為開大洞，根據抗震規范，地下室頂板作為上部結構的嵌固端時，地下室頂板應避免開設大洞口。

2.3 超長結構抗震縫設置

籃球館、游泳館及體操健身房地上兩層，各樓層使用功能不同，至結構平面剛度不規則及質量分布不均勻，且建筑總長為80.2m，屬超長結構。其會有效降低扭轉力，致使非結構構件不能保持穩定的工件狀態，降低耗用，從而加劇地震的破壞作用。結合建筑平面圖，在籃球館與游泳館及體操健身房之間設抗震縫，縫寬100mm，明確直接的地震作用的傳播途徑，以利于結構的抗震設計。并采用施工后澆帶等技術措施，減輕混凝土收縮及溫度變形的不利影響，解決房屋超長問題，并調整兩部分可能產生的不均勻沉降。

2.4 大跨度鋼結構網架

由于籃球館為有效提高室內使用凈空，一層通高11.70m，屋頂采用大跨度空間鋼結構網架，為確保結構良好的整體性，在滿足建筑功能及外立面要求下，于標高6.10m處另加一圈框架梁，以增加結構延性及抗震性能。事實上屋頂網架的平面內剛度非常大，建模時可按等代鋼梁建模分析。

為滿足建筑使用功能，游泳館及體操健身房樓面要求有42m跨度的大空間，設計采用了型鋼混凝土組合結構。型鋼混凝土組合結構的性能優于普通鋼梁混凝土結構，它具有抗震性能好，承載能力高、剛度大，施工方便等優點，同是它還克服了鋼結構耐火性差、耐久性不足及易屈曲失穩等缺點[4]。在配置一定的構造鋼筋情況下，鋼骨和混凝土能更好地共同工作。借助計算機輔助計算，確定鋼骨和鋼筋混凝土部分分別承擔的力，后用疊加法計算鋼骨混凝土構件的受彎承載力。與抗震結構的一般柱設計一樣，鋼骨混凝土構件的柱同樣要控制柱的軸壓力，軸壓力的限值不僅對結構的抗震性能有很大的影響，同時也是確定柱截面尺寸、含鋼量、抗震構造等重要因素。

2.5 鋼結構柱角設計

鋼骨結構的柱腳設計也尤為重要。鋼骨結構的柱腳可分為埋入式和非埋入式兩種。本工程選用埋入式，柱腳的鋼骨深入基礎梁內，并固定于樁基上，施工較復雜，但在地震中柱腳不易滑動，使鋼骨的內力可靠傳遞到基礎梁內。當鋼骨埋入深度達到一定深度時，柱腳底部的剪力和彎矩為零，此時柱腳底板可按構造設計。為使鋼骨力的有效傳遞，增加嵌固點柱腳的延性指標，采用復合箍筋的形式，并適當提高柱腳的箍筋面積。

2.6 抗震加強措施

針對本結構的設計特點及抗震加強措施總結如下：

（1）梁、柱節點核心區域截面驗算，但是節點剪力不放大；

（2）短柱箍筋沿全高加密設置；

（3）對于懸挑梁增加空載工況的荷載組合驗算；

（4）對于樓面結構平面中樓板開大洞的情況，洞口周圍樓板按彈性樓板計算其內力，增加洞口周圍樓板的厚度和配筋，采用雙層雙向配筋，在洞口周圍設置鋼筋混凝土梁；

（5）鋼屋蓋對基礎沉降比較敏感，基礎設計時遵循支撐鋼屋蓋的框架柱下多布樁、其余框架柱下盡量少布樁的原則，以減小支撐鋼屋蓋的框架柱基礎的沉降值及相鄰基礎的沉降差[5]。

3 結語

以上介紹了一個不規則的多層建筑在結構選型及抗震設計方面的一些主要情況，總體而言，結構在風及多遇地震作用下可滿足彈性反應階段的抗震性能目標。在建筑物平、立面均不規則且結構布置情況下，通過大量細致的工作深入分析建筑物的特性，從總體上把握結構的薄弱環節，設計針對薄弱部位采取了加強措施，減少了不規則帶來的不利影響。調整結構綜合剛度，減少剛度突變使結構位移能夠平緩，特別是使本工程的地震扭轉效應得到了有效的控制。為滿足現代社會對建筑物外觀及使用功能的要求，本工程采用了鋼骨混凝土高性能材料。通過本文的分析，希望能為鋼骨混凝土框架結構體系的應用積累相應層面的設計經驗。