某仿古宫殿复杂框架结构的设计分析

商健 冯洪斌

【摘要】某影视城仿古宫殿高为框架结构体系，楼板大面积开洞，包含梁上起柱，跃层柱等不规则结构形式。分别建立整体简化模型及整体细化模型进行包络设计并总结设计方法。

【关键词】仿古建筑；复杂框架结构；性能设计；节点分析

引言：仿古建筑造型独特，该类建筑特点为内部空间大，结构细部精细化程度高，需多种结构形式结合来实现；层高及跃层要求高，同时为达到建筑造型要求，经常出现柱顶收分，截面尺寸要求严格。鉴于此，就需要对结构进行合理的结构方案设计，结构可以实现的构造采用现代的钢筋混凝土来实现，无法实现的构造，采用木结构来搭建，已建成的浙江横店影视城的大宫殿就是典型的例子之一。

以苏州某在建仿古宫殿建筑为例，采用精细和简化的多模型进行分析，包络设计结合性能分析，最后总结此类仿古复杂框架结构的设计方法。

1、对项目整体概况进行了分析

1.1 工程简介

宫殿为该项目的主体建筑，为该建筑群中规模最大的仿古建筑，建筑效果图如图1所示。

图1 建筑效果图

该宫殿主体由一个一层的裙房（局部为2层）及3个塔楼（包括一个主体宫殿和两个阙楼）组成，框架结构体系。主体宫殿高度为44.090m，裙房高度为12.500m，内部为室内游乐设备，从地面至12.500为一层，局部在3.000和6.000标高有梁板。平面最大长度111.120m， 最大宽度为104.180m；主体塔楼为三层渐次升高的坡屋面，内部自地面到9.000标高为一层大空间， 9.000m至26.650标高为二层皇宫，26.600至33.400为游览观光层，33.400至屋面为设备及造型层，裙房范围为游乐场及相关功能区，如图2所示。

建筑平面图

Y向结构剖面图

X向结构剖面图

图2结构图

1.2 设计条件

该工程结构设计基准期为50年，结构安全等级为二级，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值0.05g，建筑场地类别Ⅲ类，设计地震分组为第一组，场地设计特征周期0.45s，抗震设防类别为丙类。

2、从结构分析方面进行了论述

2.1 多模型分析

由于结构存在高差较大的斜梁和较长的跃层柱，进行了如下多模型分析：

（1） YJK整体简化模型，对用作内力计算的模型进行简化。

（2）YJK整体细化模型，详细依据建筑及结构图纸搭建，用于整体模型的计算和结构构件的分析。

2.2 特殊构件

2.2.1转换梁

标高为9.000层存在转换梁，被抬柱子标高为9.000～18.260，；26.600标高为转换层，如图3、4；其中，图4中两圈圆柱均为梁上起柱；图4中粗线所示三根梁均为钢骨梁，跨度为19.80m，梁高1500；

2.2.2楼板大开洞

由于皇宫内部为没有梁板的大空间，极大的削弱了相关范围的刚度和不利于水平力的传递，为避免刚度过小，结构太柔，也便于和钢骨梁良好的搭接，经计算，核心筒范围采用10根直径为1000的钢骨柱，为配合建筑立面效果要求，在适当标高截面由1000收为800；

图3 标高为26.600的标准层

图4 26.600标高平面

2.2.3跃层柱

26.600m转换层层高为11.700，层高较高，方案要求本层为层叠的三层坡屋面，详见图5，如分三段斜梁建模，必将增加标准层，同时，由于层高被压缩，必将导致此处范围刚度极大而不合理，于是对此处结构形式进行简约化处理，做成一根大斜梁，详见图6，解决了局部刚度聚集过大的问题，也使传力途径更加简洁，表面高差部分通过局部垫高做法实现，同时也带来了一个问题，就是斜梁在地震力作用下将产生轴向力，对柱子而言将会产生水平方向的剪力，为此，对本层结构构件进行中震下的性能化分析，地震力影响系数最大值取为0.120；

图5 16.500～26.600范围坡屋面局部示意图

图6 16.500～26.600范围坡屋面局部结构示意图

3、得出了结构设计结论

3.1整体指标计算结果

通过对整体模型在小震以及中震下进行包络设计，整体参数指标如下表1，均满足相关规范的要求，可以进行指导设计。

3.2抗震性能设计

考虑到结构存在较多梁上起柱，核心筒范围存在超长跃层柱，将核心筒范围构件的抗震性能目标提高为中震弹性，框架柱计算结果如图7所示。由结果可知，框架柱抗震性能良好，可保证结构的抗震安全。构件定位图给出。

（a） D=1000/800截面

（b） D=1000/800截面

图7钢骨柱承载力曲线

3.3 节点设计

3.3.1节点一 ：

为保证结构的整体安全性，26.530标高处梁上起柱节点为结构体系中的关键节点。节点形式如图8所示。

图8梁上起柱节点构造

对节点采取如下加强措施如下：

（1）柱下梁水平加腋；

（2）梁加腋处按照牛腿构造进行设计计算；

（3）计算需满足节点抗剪承载能力要求。

3.3.2节点二 ：

建筑外围局部存在室外走廊，配合建筑方案要求，出挑屋檐下不允许出现结构柱，对下方净高要求较高，考虑到屋檐出挑宽度较大，且屋檐标高和内跨屋面标高存在高差，于是利用三角形稳定性，设置一拉弯构件和一压弯构件来实现力的传递。节点形式如图9所示。

a走廊上部挑檐建筑剖面节点图

b走廊上部挑檐建结构平面

c走廊上部挑檐建结构剖面

图9走廊上部挑檐节点图

对节点采取如下加强措施如下：

（1）挑檐高度范围（即内跨屋面标高以上）的柱子承受较大剪力和弯矩，箍筋全高加密并满足计算要求，纵筋加大；

（2）挑檐下方的压弯构件，未支撑在柱子上，而是支撑在梁跨范围内时，梁定上翻部分估计配置同梁内箍筋，并满足计算要求，同时加大梁侧腰筋，抵抗侧面传递的水平力；

4、提出了仿古复杂框架结构设计方法的总结

通过以上实际工程的设计计算，对复杂高层框架结构设计方法进行初步探讨：

（1）多软件计算，多模型分析，保证准确度；

（2）准确考虑节点处理方法，准确考虑地震作用，采取包络设计；

（3）根据结构特性及抗震要求，对关键构件进行抗震性能设计，提高整体结构抗震性能；

參考文献

[1] GB50011-2010建筑抗震设计规范. 北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2] GB50010-2010混凝土结构设计规范. 北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3] 凯里 平面不规则结构扭转效应分析的思考和讨论[J].建筑结构，43（7）：47-51.

[4] 张瑾 谈丽华 路江龙 杨律磊 赵宝利 苏州工业园区档案管理中心重叠体型超限设计关键技术[J].建筑结构，43（14）：01-06.