威海建兴建筑设计院有限责任公司
1、工程概况
威海乒羽健身中心位于威海市文化路以北，福山路以东，成山体育场内。工程地下一层，地上四层，总建筑面积约28888.1平方米，其中地下室建筑面积为6588.61平方米，地上建筑面积为22299.5平方米，由威海市城市开发投资有限公司投资兴建。工程为框架结构，主要柱网为8.1*8.4米以及6.0*8.4，地下室层高3.9米，一层、二层、三层层高均为5.4米，四层层高为9.6米（净高），其中四层内含有局部加层看台。工程总高度29.8米（屋脊）；主要功能为：地下层为停车场及设备用房，一层为体育器材展示中心及后勤用房、办公、厨房、餐厅等，二层为健身中心，包括棋牌室、动感单车、台球、飞镖及相应办公，三层为乒乓球练习场、健美、跆拳道、舞蹈等，四层为羽毛球练习场。工程外观效果图见图1。
图1
2、自然条件及抗震标准
本地区的抗震设防烈度为7度，地震加速度为0.10g，第一组；风荷载为0.65KN/M2，地面粗糙度B类；雪荷载为0.75KN/M2；建筑场地类别为Ⅲ类，特征周期值0.45s，框排架的抗震等级为二级，标准设防类[1]。
3、结构体系
根据工程的使用性质，本建筑采用纯框架结构，框架柱断面为地下室为650*650、700*800，地上为600*600，C30混凝土。由于隔墙较少且后期使用期间墙体分隔的不确定性，地下室顶板采用普通梁板结构，按嵌固端要求处理，地面以上各层楼板采用肋高400的双向密肋楼盖，密肋楼盖适用于较大跨度，外形整齐美观，楼面刚度大、变形小、造价低[2]；屋顶采用上铉支撑的网架结构，网架短向跨度为60.6米，长向跨度为84.84米，网架点支撑在周边框架柱顶上。标准层结构平面布置如图2。
4、基础设计
4.1场地土层情况：根据岩土工程勘察报告，工程场地为冲积小平原单元地貌，软弱场地土，土层自上而下分别为：①素填土，层厚1.20～9.80米，结构松散，②粉质粘土，层厚2.00～4.00米，可塑状态，局部软塑，平均标贯4.3击，③中砂，层厚1.40～5.40米，饱和，稍密，平均标贯9.9击，③-1淤泥质粉质粘土，层厚0.70～3.20米，灰黑色，流塑，平均标贯2.1击，④粉土，层厚3.20～10.90米，饱和，中密，平均标贯8.8击，⑤中粗砂，层厚4.10～12.90米，饱和，中密，平均标贯12.6击，⑥残积土，层厚1.00～4.70米，平均标贯14.6击，⑦全风化片麻岩，层厚0.60～5.30米，以石英、斜长石为主，平均标贯22.8击，⑧强风化片麻岩，揭露层厚1.9～7.0米，以长石、石英为主，平均标贯35.8击。地下水埋深1.40～2.60米，抗浮水位5.0米。无液化土层。典型土层剖面图见图3。
图3
各土层承载力见表一
表一 地基承载力特征值表
根据分析，预应力混凝土管桩具有更理想的经济效益，但现场新建工程北侧有体育馆，现场锤击产生的振动会对体育馆产生较大影响，长臂螺旋桩属本地成熟桩型，施工经验丰富，造价处于一般状态，因此本工程决定采用长臂螺旋灌注桩。
5、关键部位结构设计
5.1、规范指标控制：结构整体计算采用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的SATWE软件计算，由于结构平面整体基本规则，初步计算时，各项指标基本能较好的满足规范要求。主要问题如下：一是在多遇地震作用下，楼层最大弹性层间位移角偏大，约为1/613，主要出现在第三结构层（地上二层）；二是结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，大于高规规定的0.9，为1.2504/1.3339=0.94；三是第四结构层与第五结构层在X方向的层间受剪承载力比较低，X向为0.88，但满足规范要求。产生以上问题的主要原因表现在：结构平面尺寸比较大，第四结构层（地上三层）由于楼板厚度、梁高等原因，其整体刚度明显大于第三结构层，而第五结构层（地上四层）空间高大，仅周边有柱，其内部无柱且沿长向两侧含有层高变化的看台夹层等，使得整体计算结果不甚理想。
5.2、关于结构超长问题：本工程主体结构宽度60.90米，长度85.50米，均超过混凝土结构设计规范关于框架结构伸缩缝间距的设置要求。对于超长结构，结构留缝与否，并不是决定结构变形开裂与否的唯一条件，留缝不一定不裂，不留缝不一定裂，是否开裂与许多因素有关[4]。结构裂缝除有荷载原因引起的受力裂缝外，大量的是由变形引起的裂缝，例混凝土自身在硬化过程中由于硬化收缩产生的收缩裂缝，温度变化导致热胀冷缩而引起的温度裂缝，由于湿度变化导致的毛细收缩及吸附收缩而引起的收缩裂缝等。本工程由于顶层大空间使用功能的限制，不宜留设伸缩缝，但采取了相应的措施：一是在楼板内增设通常温度钢筋，二是边轴框架梁内适当增加梁腰筋，防止梁侧面由于温度变化而开裂，三是外墙除门窗洞外，其余部位均做外保温处理，四是每30—40米留一道后浇带，后浇带在两侧混凝土达到强度后采用膨胀混凝土浇灌密实等一系列措施。
5.3、关于顶层高大框排架柱问题：顶层大空间为羽毛球练习场，并兼做羽毛球比赛场地，沿长边两边跨设有比赛使用的看台夹层，顶层网架下铉净高9.5米，边柱柱顶高度11.0米。顶层框排架柱少（仅边柱列），跨度大，高度高，因此框排架柱的安全至关重要。设计采用的主要措施有：1、尽可能加大边柱断面，本工程采用700*800，角部采用800*800；2、将网架等效成刚性楼面构件，采用SATWE整体计算；3、单独抽取一榀框排架，按单榀框排架结构进行计算复核；4、输入真实网架，建立PMSAP模型，进一步比较顶层柱的受力情况及配筋；5、顶层楼面采用150后现浇楼板，双层双向配置钢筋，增加顶层排架柱的嵌固性能[1]。
5.4、顶层位移情况：由于平面尺寸较大，顶层层高高且空旷，试算阶段发现顶层弹性层间位移角不能较好的满足抗震规范对钢筋混凝土框架结构的要求。为提高抗扭刚度，保证变形尽量趋于协调，使顶层排架柱列与下部框架柱能较好的共同工作，除沿看台夹层最高处设周圈框架梁外，沿纵横向外框柱间还设置柱间支撑：经与建筑专业反复磋商，沿建筑的周边框架在各边1/3处增设柱间支撑。柱间支撑采用钢筋混凝土，支撑尺寸300*450、300*500，钢筋混凝土柱间支撑能与框架梁、柱较好的结合，有利于共同受力。所有柱间支撑中心线与相交楼层框架柱梁中心线重合，柱间支撑布置在地上第四层、第三层。其中第四层由于存在看台夹层，柱间支撑分上下层设置。同时，沿周边柱列柱顶设置加强的钢筋混凝土环梁，环梁尺寸为500*800，加强的环梁能够协调各柱受力均匀。为增加角部的抗扭能力，在平面的四个角部，各有一至二个开间框架柱升至顶部，形成类似四个角筒，并设置钢筋混凝土楼板，增加角部的刚度。以上措施较好地解决了顶层层间位移角的问题。
5.5、屋盖网架问题：网架整体性比较好，网架平面尺寸为60.6*84.84米，跨度相对比较大，减轻网架覆盖层的重量对节省造价有着重要意义。网架形式采用螺栓球正方四角锥上铉点支撑形式。在网架方案讨论阶段，曾设想覆盖层采用钢骨架轻型板，这种板隔音、保温效果都比较好，但每平米接近100Kg的重量会使网架高度、自重加大，造成浪费，后经过反复讨论，覆盖层还是采用常用的铝镁锰板，为解决保温隔音问题，增设100后玻璃丝绵保温层，保温层下部采用普通的彩钢板承托。网架采用两面坡形式，端部高度为2.20米，屋脊高度为3.69米。
6、总结：
6.1、平面、竖向规则的结构同样涉及到许多关键问题，应认真对待每一个环节，做到考虑周全，分析全面。找出对结构安全不利的地方，并加以完善加强。
6.2、基础形式对整体结构安全至关重要，对工程造价影响较大，需要根据地质报告，结合当地情况综合比较。
6.3、对于顶层存在高大空间的结构，顶层的结构形式是影响安全的关键因素，多方案计算比较具有非常重要的意义，设计概念又对方案的选择及构造加强具有明显的积极作用，应充分利用结构设计概念的优势。
6.4、超长的结构不必一定设置温度缝，温度缝的留置在某些方面会带来其他难以解决的问题，通过一些常用的辅助措施同样能够解决温度应力产生的不利影响。
参考文献：
[1]建筑抗震设计规范（GB50011-2010) 中国建筑工业出版社 2010年
[2]建筑结构专业技术措施 北京市建筑设计研究院编制 中国建筑工业出版社 2007版
[3]建筑地基基础设计规范 中国建筑工业出版社 2011年
[4]建筑结构裂缝及加层加固疑难问题的处理-附实例 中国建筑工业出版社 李国胜 2006年
论文作者:隋志军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年2期
论文发表时间:2019/5/15
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