（上海天华建筑设计有限公司 上海 200235）
【摘 要】某健身中心，大跨框架结构，屋面最大跨度46.2米，总建筑面积2.99万平方米，地上三层，地下一层，主体结构高度17.3米，体型复杂，不规则，包含预应力混凝土屋面、钢桁架屋面及网架屋面，桁架和网架与主体结构铰接。采用盈建科YJK软件进行多遇地震下、中震弹性作用下的计算，对结构进行中震弹性楼板应力分析及楼板温度应力分析，并采用PMSAP软件进行多遇地震下对比计算，通过软件分析后，采取针对性的措施，能够实现结构的预定性能目标，能保证结构良好的抗震性能。
【关键词】大跨框架结构；超限分析；楼板应力；中震弹性
【中图分类号】TU398 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2017）04-0052-03
1.工程概况
某健身中心项目，包含网球馆、游泳馆、乒羽馆、训练馆和多功能馆等场馆，总平面最大尺寸约为227m×189m ，地下1层，地上3层，大屋面高度17.3米，构架层高度23.4m，一、二层层高6米，三层层高5米，单体建筑面积2.99万平方米，抗震设防烈度为6度（0.05g）场地类别Ⅲ类，设计地震分组第一组。
2.结构布置
根据建筑方案要求，健身中心不设缝，各功能区域的多层结构均连成整体。间隔40米设置伸缩后浇带。从平面看，单体右侧体育体验馆和训练馆仅在入口大厅区域有连接，连接段二层宽度4.1m，三层宽度16.8m，在Y向为一跨。单体左侧的游泳池、网球馆、羽毛球馆等场馆区域均有较大的净高要求，导致二层楼面出现较多区域的楼板大开洞。屋面高度因建筑功能需要,净高要求和采光要求不同，使得各功能房间屋面标高各有不同。标准柱网尺寸为8.4m×8.4m，平面抽柱形成大跨度屋面，大跨区域屋盖做法主要有以下几种情况(见表1)。
跨长16.8m（2个标准跨长）的功能房间较多，结合建筑的层高，采用普通钢筋混凝土梁，可满足建筑及设备所需的净高的要求。小泳池屋面短跨23.4m，VIP网球馆屋面短跨25.2m，采用单向预应力钢筋混凝土梁板结构较经济合理，预应力混凝土梁高分别为1.5m和1.8m；大泳池屋面跨度达46.2m，已远超过预应力混凝土梁的经济跨度，且屋顶有采光需求，大泳池屋盖的主受力结构采用单向钢桁架，桁架之间设置钢次梁，为减轻自重，屋面板采用金属屋面，屋架总高度3.5m。训练馆和网球馆两个方向跨度相近，接近方形，采用轻钢网架结构，周边框架柱可均匀受力。网架高度分别为2.5m和2m。
3.结构超限判定
该项目多处有效楼板小于面宽的50%；楼面较多的开洞，开洞面积大于该层楼面面积的30%；多处楼板连接处狭窄，净宽小于5m；局部楼板错层大于1.2m；局部穿层柱等；虽属于低多层建筑，但是由于体型复杂，进行了超限审查。
4.针对超限采取的设计方法和措施
4.1 整体计算
该项目为大跨框架结构，抗震设防类别为丙类设防，跨度大于18米，框架抗震等级确定为三级。多遇地震影响系数按照安评报告提供的参数取值0.083，设防地震影响系数根据比例换算取0.23。整体分析分别采用YJK和PMSAP两种程序弹性进行计算。
地上层数不多，建筑最大高度为23.4m，属低多层建筑。主要功能区域均为跨度较大的场馆，采用框架结构能较好的满足建筑对平面大开间的要求，建筑分隔灵活。建场地为6度设防（水平地震影响系数0.083），地震力不大，框架结构可满足抗侧力要求。整体建模计算，结构的周期、位移、振型、地震剪力等主要计算整体指标均能满足规范要求，两种模型弹性计算结果基本一致。
4.2 针对结构扭转不规则的问题
在进行结构整体分析时，调整第一、二平动周期中扭转分量所占比例至合理范围，控制结构第一扭转周期与第一平动周期的比值在0.85以下。控制楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）与该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）的平均值之间的比值在1.5以内，以减少扭转的不利影响。适当加大周边外围抗侧力构件，加强外围框架梁，能够控制结构的扭转效应。
4.3 框架柱设计
框架柱截面设计满足规范规定的轴压比限值，所有框架柱按照中震弹性作用下进行配筋设计。穿层柱按照实际长度进行计算，并加强与穿层柱相连的框架梁配筋。
4.4 楼板大开洞和狭长板带
由于结构平面不规则，在第2、3层存在较多楼板开洞，且形成狭长板带，在水平荷载作用下，连接薄弱处会受到拉压作用，为验证楼板传递水平力的有效性，采用YJK软件进行楼板应力分析，在小震弹性及中震弹性下，对关键部位楼板进行应力分析。
小震作用下，楼板主拉应力大部分区域小于0.1~0.2MPa，开洞周边板带楼板主拉应力0.4~0.5MPa左右，个别角度为0.9~1.2Mpa，楼板混凝土强度等级C35，轴心抗拉强度标准值为2.2N/mm2，均未超过楼板混凝土轴心抗拉强度标准值，可以满足传递水平力的要求。
中震下，以二层楼面X向地震作用为例，（图3）从以上楼板应力分析可以看出，楼板的整体平面内应力较小，绝大部分区域的楼板应力均小于楼板混凝土抗拉强度标准值，可以满足传递水平力的要求；主要在楼板的凹角的角点处应力较大，与有限元分析会出现应力集中的特点相符，也与有限元网格划分大小相关。狭长板带区域应力水平1.3~2MPa之间，可满足混凝土抗拉强度要求，按照专家意见，将连接左右区域板厚取180mm，配置C10@150双层双向钢筋，洞口周边楼板厚取140~150mm，配置C10@150双层双向钢筋，狭长板带满足中震弹性设计要求。
4.5 针对楼板局部错层问题
对错层部位的梁进行加强处理，错层部位竖向构件的抗震构造措施按提高一级考虑，在满足建筑功能要求的前提下，首层错层处框架梁采取加腋措施，能更好的传递水平力。
4.6 针对结构超长问题
单体平面尺寸虽然超长，但由于开洞较多，结构完整性不好，大部分温度应力得到释放，通过温度应力计算，楼板温度应力在0.20MPa左右。根据专家建议，普通区域楼板厚度取120~130mm，除按计算配筋外，楼板打底钢筋不小于双层双向三级钢C8@150，配筋率0.25%。并且间隔40米设置伸缩后浇带。
结构平面不完整，温度对柱的影响不易得到积累，温度变化引起柱的内力较小，且考虑到温度应力不与地震工况组合，框架柱配筋按照中震弹性计算结构进行设计，本工程的温度应力对柱的影响小于地震作用的影响，温度不起控制作用。
钢桁架屋面和网架屋面通过滑动支座释放温度应力。
5.结论
本工程体型复杂，存在楼板不连续，局部错层、扭转不规则等问题，并包含钢桁架、钢网架、预应力混凝土大跨度屋面，设计中结合建筑特点，选择了不同的屋面类型，按照抗震设计原则，结合概念设计，根据本工程的不规则问题，采取了对应的设计分析方法和加强措施，能够实现结构的预定性能目标，保证结构良好的受力性能。
参考文献
[1]GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2]GB50011-2010，混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2010.
[3]GB50233-2008，建筑工程抗震设防分类标准[S].北京：中国建筑工业出版社,2008.
[4]JGJ140-2004,预应力混凝土结构抗震设计规程[S].北京：中国建筑工业出版社,2004.
论文作者:李婷婷
论文发表刊物:《建筑知识》2017年4期
论文发表时间:2017/6/16
标签：楼板论文; 应力论文; 屋面论文; 结构论文; 开洞论文; 弹性论文; 桁架论文; 《建筑知识》2017年4期论文;