沂源党校人民会堂结构设计

李明义

淄博市建筑设计研究院 淄博 255037

[摘要]沂源党校人民会堂属于大型公共建筑。建筑物存在楼板不连续、超长结构、跃层柱等设计难点，导致结构平面不规则、楼板应力集中和竖向刚度突变等问题。对建筑进行了整体分析、跃层柱屈曲分析和性能化设计，采取了相应结构加强措施。计算结果表明，结构能够达到预期的抗震性能化目标。

[关键词]超长结构；跃层柱；抗震性能化设计

1 概述

沂源县人民会堂位于淄博市沂源县新党校规划用地内北侧，规划基地西侧紧邻城市主干道富源路，南侧为新城路，地块内规划其他建筑功能为办公楼、公寓楼、餐厅、学术交流中心，本工程位于规划党校区地块内北侧。本工程功能为人民会堂，类型属于以会议为主，亦可满足音乐及其他剧种的多功能剧场公共建筑，本工程总用地5.5公顷，总建筑面积为13244㎡，其中地上建筑面积9186㎡，地下建筑面积4058㎡。建筑由内部单层观众厅为主，四周环绕多层辅助用房组成，观众厅层数为地上1层（上部为闷顶空间），观众厅外层数为3-4层辅助用房，地下一层，功能为车库和辅助设备用房及乐池台仓；建筑设计总高度为27.3m。

沂源抗震设防烈度为7度（0.1g），第三组，二类场地，经过分析比较，综合性能分析，采用框架剪力墙结构。

1.1 建筑平面

本项目平面为典型剧院布局，从入口处向内依次为入口大厅、观众席、乐池、舞台。主要柱网尺寸为9MX9m，观众席尺寸为30.6mX27.9m；包括两个侧台，舞台尺寸39.9mX18.0m，进深18m，台口宽度16m。

1.2 建筑剖面

室外坪至闷顶楼面高度为23.65m，闷顶坡屋面高度为3.7m，故结构高度为25.50m。剖面图如下所示：

1.3 结构参数

工程结构设计使用年限为50年，结构安全等级为二级。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g，设计地震分组为第三组，抗震设防类别为丙类，剪力墙抗震等级二级，框架三级。场地类别为Ⅱ类，地基基础设计等级为乙级。基本风压值为0.35kPa，地面粗糙度类别分别为B类。

2 结构选型

2.1 地基基础

工程拟建场地不平整，局部有深沟。由于部分自然地坪已经低于基底标高，故结合实际情况基底下满铺1m厚沙石垫层。基采用筏板基础，基底标高为289.0m，砂石垫层底标高288.0m，地下水位标高287.0m。以第三层粉质粘土层做为持力层，由于筏板基底反力小于修正前承载力180kpa，故满足地基承载力要求，且不需做抗浮设计。

根据上部结构分布利用沉降后浇带将筏板分为三块，观众厅及舞台处为平板式筏型基础，其与周边部分采用梁板式筏型基础。基础底板厚度均为600mm，基础梁高度均为1200mm。示意图如下图所示：

2.2 抗侧力体系

本工程采用框架剪力墙结构，混凝土标号为C30。本工程由于布置舞台、观众厅及造型要求，结构错层处较多，且框架被打断情况较多，楼板不连续较严重，楼板基本均为弹性板，部分框架柱长细比较大，虽为中长柱但受力特性趋于细长柱，属于不规则的空间结构，对抗震不利，故本工程在四角楼梯间及观众厅周圈设置少量300mm/400mm厚剪力墙，以增加结构的抗侧刚度。部分框架柱采用型钢混凝土结构，以增加结构的抗剪性能及延性。

图5剖面示意图

本工程由于空间需要多处抽柱，形成大跨度楼面梁，为了减小挠度及裂缝，采用型钢混凝土梁，其中二层观众席处梁跨27.9m，与相邻两跨组成连续梁，截面600X1600（梁内型钢H400X1300X30X20）。舞台台口及侧台与舞台之间框架梁界面500X1600（梁内型钢H300X1300X30X20）。型钢混凝土框架柱截面800X800（柱内构造型钢H400X400X16X20），

型钢均为Q345B级钢。

示意图如下图所示：

框架梁截面 框架柱截面

2.3楼盖体系

本工程主要楼盖采用钢筋混凝土现浇楼盖。由于功能对空间的使用要求，由于甲方要求在观众席顶设置闷顶，存在三处大空间楼屋盖，舞台、观众席顶板及屋面。由于舞台防火要求，屋盖采用钢筋混凝土结构，顶部需要吊挂葡萄架以放置多台幕布牵引机，荷载较大，经多方比较采用钢筋混凝土井字梁结构，井字梁截面300X1500mm，间距2000mm左右。

观众厅顶板及屋面采用网架结构，由于观众厅顶部需要吊挂各类设备及检修马道，且顶部为混迹凝土楼板，荷载较大，支座采用橡胶支座。

3 结构分析

本项目所用计算程序为“SATWE V2.2版”，采用“反应谱法”进行抗震验算。

计算程序		SATWE	限值
自振周期 （相应扭转系数）	1	0.9106(0.99)
	2	0.8933(0.99)
	3	0.8079(0.95)
周期比		0.88	0.9
有效质量系数	X方向	99.97%	90.0%
	Y方向	99.69%	90.0%
剪重比	Gox/GE	4.02%	1.6%
	Goy/GE	3.92%	1.6%
地震作用下层间位移	Uxmax/h	1/ 1219.	1/800.
	Uymax/h	1/ 1128.	1/800.
风荷载作用下层间位移	Uxmax/h	1/9999.	1/800.
	Uymax/h	1/9321.	1/800.
地震作用下最大位移与层平均位移的比值	Ratio-(X)	1.19	1.20
	Ratio-(Y)	1.18	1.20
框架柱承担的倾覆力矩	大于10%小于50%
柱最大轴压比	0.80		0.8/0.85
刚重比	X方向	11.59	2.7
	Y方向	10.77	2.7

4 补充计算及设计

本项目存在跃层柱、楼板不连续等不规则项，且该类结构软件结算的简化模型与实际有差别，特做以下补充计算。

4.1 构件设计

对于结构整体设计，应达到多遇地震影响下完好，设防地震影响下轻微损坏简单修理后继续使用，罕遇地震下轻微至中等破坏，修复后继续使用。实现方法：小震弹性，部分主要构件中震不屈服。

对于舞台处结构单元，为保护舞台顶部，及舞台升降乐池两台仓内的设备，应达到设防地震作用下基本完好，检修后继续使用，罕遇地震影响下轻微破坏简单修理后继续使用。实现方法：该结构单元构件中震不屈服，主要构件中震弹性。

4.2 位移计算

由于该结构属于较空旷结构，竖向构件稀疏，抽柱严重且地下一层为地下车库，只能在四角楼梯间部位设置抗震墙，但该部位均不至屋面，而该结构地上部分的主要重力荷载均在屋面处。所以为保证结构在地震时具有足够的延性，结构在设防地震影响下最大变形为 ；罕遇地震影响下最大变形为 ；实现方法：合理布置剪力墙，严格控制结构弹性变形，并进行中震及大震下的塑性变形验算。

4.3 水平构件设计

加强弹性板构造。一层楼面板厚取160mm，其余弹性板板厚取150mm，薄弱向板筋双层拉通，较薄弱部位板筋双层双向拉通并控制配筋率在合理范围之内。

二层看台支撑主梁进行精细设计，在尽量减小梁高的前提下严格控制大梁挠度及裂缝，并对其进行竖向地震验算。该榀框架梁柱全部采用劲性钢骨混凝土结构，并将型钢梁柱节点设计为刚接节点。初步计算挠度为78mm。

本项目为超长结构，且无法设置伸缩缝，为了解决施工及使用过程中产生的收缩应力，采用留设伸缩后浇带，并配置温度应力筋等方式解决。

44 竖向构件设计

东西南北四个入口处框架柱，由于柱高达到15米左右，虽为中长柱，但受力形态兼具细长柱双偏压的特性，故严格控制其轴压比尽量小。结合造型需要，该柱截面1000X1000mm，经计算轴压比均在0.15以下，并进行了屈曲分析。

观众厅周圈框架柱，错层比较严重，且屋面为混凝土刚性屋面，故水平剪力较大，框架跨度大于18米，需加强该部分柱的强度及延性。观众厅周圈框架柱抗震等级提高一级，控制轴压比，部分受力较大且受力复杂柱采用劲性钢骨混凝土结构。

台口两侧框架柱由于地下部分两侧为升降乐台及升降舞台的台仓，故从基础至屋面无纵向支撑联系，长细比较大，受力较复杂，故该类柱采用型钢混凝土结构，并加强横向联系，按细长柱配筋，并且在台口左右两侧设置与台口柱相连的剪力墙。

5 结语

该项目为本地区唯一的剧院类建筑，承担该地绝大多数的相关功能使用，在建筑功能上有着苛刻要求，存在结构平面不规则、楼板应力集中和竖向刚度突变等问题。通过计算机软件模拟分析、抗震性能化设计等手段有针对性的解决以上问题。

针对超长结构设计施工，找出应力集中和薄弱部位进行楼板加厚、配筋加强和伸缩后浇带的设置。

在跃层柱设计中，进行屈曲分析，验算稳定性，同时进行预定目标的性能化设计，采取措施加强抗剪承载力。

采用了抗震性能设计方法，合理确定了抗震性能目标。对部分构件进行了小震、中震、大震作用计算，，有针对性地加强了局部结构的薄弱部位，在实现建筑功能的要求的同时有效保证结构安全。

参考文献

1. JGJ—2010 高层建筑混凝土结构设计规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社，2011.

2. 郭维维. 某超长结构分析与设计[J]. 山西建筑，2015，41，（32）：49-51.

3. 建设部建质[2010]109号超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点[S]. 北京：中华人名共和国住房和城乡建设部，2010.

4. 王森，孙仁范，韦承基等. 建筑结构抗震性能设计方法研讨[J]. 建筑结构，2014，44，（6）：18-22.

5. GBJ 11—89 建筑抗震设计规范[S].北京: 中国建筑工业出版社， 1989.

6. 郑毅敏，王栋 跃层柱抗震性能探讨[J]. 结构工程师，2012，28，（2）：89-94.

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