陜西土木建筑網首頁 > 建筑論文 > 工程結構 > 影劇院結構抗震性能分析

摘要：影劇院由于其自身功能需求，結構一般均較為復雜，應重視結構的選型和平面、立面布置。本文以一實際工程為例，對影劇院結構設計中遇到的一些問題以及處理問題的方法進行探討分析。...

影劇院結構抗震性能分析

敖  財  來朝輝  張杰

（1.陜西建工集團總公司建筑設計院  710054  西安；2.陜西省建筑科學研究院  710082  西安：

3.西部建筑抗震勘察設計研究院  710054  西安）

    影劇院作為大型群眾性的活動場所，建筑功能要求相對較為復雜，從而對結構設計也造成了一定的難度。主要體現(xiàn)為其大空間及特殊功能的需求，導致了樓板的大范圍不連續(xù)性，結構平面不規(guī)則性以及豎向剛度分布的不均勻性。

    本文以一實際工程為例，利用SATWE（空間桿系模型）及PMSAP（組合有限元模型）兩種模型分別進行抗震性能分析并進行比較分析。

1、工程概況

    本工程位于陜西某縣，為該縣年度重點工程之一，是集文化娛樂、辦公為一體的大型公共建筑。該工程設防烈度為7度（0.15g），設計地震分組第二組，建筑場地類別為Ⅱ類，場地特征周期0.40s，建筑抗震設防類別為重點設防類。建筑高度20.700m，建筑平面尺寸為78.5x39.8m，主體結構采用框架-剪力墻結構體系，觀眾廳屋面采用網架結構。首層平面見圖1。根據(jù)建筑功能，結構主要分為5個功能分區(qū)：影廳區(qū)、休息區(qū)、劇院觀眾廳、耳光區(qū)、舞臺及化妝彩排區(qū)。其中影廳區(qū)包括3層，1層為門廳，2層為小影廳，3層為辦公層；休息區(qū)包括4層，主要為疏散通道及休息功能；劇院觀眾廳為空曠大空間，兩側為休息區(qū)的疏散通道；耳光區(qū)包括5層，主要為舞臺提供燈光音響等功能；舞臺及化妝彩排區(qū)包括5層，含1層地下室，其中舞臺部分為通高結構，并突出大屋面10m。剖面見圖2。

2、概念設計

    由于本工程自身的復雜性，概念設計在結構設計中顯的尤為重要。在方案階段，首先選取了抗震性能較好的框架-剪力墻結構體系。根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）3.4.3條[1]，結構在規(guī)定的水平力作用下，樓層的最大彈性水平位移或（層間位移），大于該樓層兩端彈性水平位移（或層間位移）平均值的1.2倍，另外樓板具有局部不連續(xù)性（開洞面積大于該層樓面面積的30%，且存在較大的樓層錯層），屬于平面不規(guī)則結構。結構設計時，根據(jù)具體情況對平面連接較弱的部位進行加強，如在門廳和休息廳連接處的樓梯、大廳和舞臺

 圖1  影劇院首層平面布置圖

圖2  影劇院剖面圖

    角部設置鋼筋混凝土抗震墻（圖3框中所示），有效的解決了結構的豎向剛度和扭轉剛度不足的問題。

    中國建筑設計研究院朱炳寅提出：對于劇場類結構，由于其觀眾廳及舞臺一般比較空曠，而周邊框架及附屬用房等結構相對剛度較大，當采用空間分析程序計算時，觀眾廳及舞臺的框架有“偷懶”現(xiàn)象（實際分攤的地震作用很�。�[2]，因此本工程采用平面模型將其中的內部框架（圖4圈中所示）按單榀框架進行補充計算，并對其進行包絡設計。

    本工程舞臺頂部由于功能要求，比附屬房屋的高度要高出10m左右，且出屋面后為單跨框架，而另一方向為15.6m的大跨度框架。在地震作用下，該部位的彈性層間位移角和扭轉位移比均不能滿足規(guī)范的要求。結構設計時，在臺口梁上每隔3.9m設置一道梁上柱，利用舞臺頂部臺口梁及上部屋面梁形成桁架轉換構件，不僅解決了位移比超限的問題，還消除了該部位大跨梁的局部振動過大的情況；對單跨部分采用設置斜桿對角支撐，使其達到規(guī)范的要求，如圖5所示。

3、分析結果

    通過上述一系列的概念設計，采用PMPM計算軟件進行分析，根據(jù)SATWE及PMSAP分析得到的部分結果如圖6~圖13，通過對比可以看出兩種空間模型得到的結果較為接近，且均能滿足規(guī)范的要求。

    由于本工程具有多項不規(guī)則，屬于特別不規(guī)則的建筑。根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）第5.1.2條的要求，特別不規(guī)則的建筑應采用時程分析法進行多遇地震下的補充計算。通過選取7組地震波，按照抗震規(guī)范的要求，調整其加速度峰值為55cm/s2輸入到結構中。得到的結果均可以滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，同時也可以滿足每條時程曲線計算所得結構底部剪力不小于振型分解反應譜法計算結果的65%，7組時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值不小于振型分解反應譜法計算結果的80%。

圖3  抗震墻布置圖

 圖4  內部框架

圖5  桁架轉換

 

圖6  地震作用下X向樓層最大位移曲線

圖7  地震作用下Y向樓層最大位移曲線

圖8  地震作用下X向最大層間位移角曲線

  

圖9  地震作用下Y向最大層間位移角曲線

 

圖10  地震作用X方向樓層反應力曲線

圖11  地震作用Y方向樓層反應力曲線

圖12  規(guī)定水平力下X向樓層位移比曲線

圖13  規(guī)定水平力下Y向樓層位移比曲線

4、結論

    概念設計貫穿著整個結構設計的始終，大到整個工程的結構選型，小到結構構件的具體設計，都有概念設計的內容。本文通過一實際影劇院工程闡述了從結構選型、整體控制指標及具體構件設計中所涉及到的概念設計問題。通過分析發(fā)現(xiàn)，能否把握好概念設計對結構的抗震性能有著舉足輕重的影響。本文所列的影劇院工程，正是由于采取了一系列的抗震概念設計，使得其抗震性能得到了很大的改善。

參考文獻：

[1]  建筑抗震設計規(guī)范[S].中華人民共和國行業(yè)標準：GB50011-2010. 中國建筑工業(yè)出版社，2010年.

[2]  朱炳寅.建筑結構設計問答及分析.中國建筑工業(yè)出版社，2009年.

本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尹維維 編輯  文徑 審核)   

上一篇： 某鋁板幕墻工程鋼結構計算分析

下一篇： 淺談建筑結構防震技術