某秀场结构设计及分析

杨德圣，刘金凤

（中国中元国际工程有限公司，北京100089）

1 工程概况与结构设计

该秀场位建筑面积18470m2，地下1 层，地上4 层。地下室层高5.70m，地上层高分别为5.40m、6.00m、5.40m、5.40m，结构总高度22.20m。效果图如图1 所示。该秀场为框架结构，3 层屋面和秀场中央屋盖采用双向钢桁架。设计使用年限为50 年，基本雪压按100 年重现期考虑，建筑结构安全等级为二级，抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度为7（0.1g）度，设计分组为第一组，场地类别为II 类，设计特征周期0.35s，框架抗震等级为一级[1]。

1.1 超限问题及采取的措施

该秀场楼板不连续、扭转不规则、设有局部斜柱和转换，属于特别不规则建筑。经论证，对框架斜柱及钢桁架支撑柱、屋盖钢结构支撑柱采用性能化设计，多遇地震采用反应谱法按弹性设计，层间位移角满足1/550 的限值；设防地震采用反应谱法按抗剪弹性、抗弯不屈服进行设计；罕遇地震采用反应谱法及弹塑性时程法进行抗剪不屈服、抗弯不丧失承载能力验算。

1.2 斜柱

为满足造型要求、减少悬挑长度，前后场及结构两侧设置斜柱，斜柱不仅满足受力要求，也要满足混凝土梁锚固要求。斜柱计算长度取倾斜长度，设计时箍筋全长加密[2]。

1.3 3 层双向钢桁架

为满足首层篮球训练场的空间要求，3 层屋面采用双向钢桁架，纵横向跨度分别为40.20m、44.00m；纵向6 道桁架，有7.00m、7.20m、8.40m 3 种横向距离，纵向单榀桁架大样如图1 所示；横向4 道桁架，单榀桁架纵向中心距离均为8.40m，横向单榀桁架大样如图2所示。图3 为该层与上一层结构体型收进的2 层处通高钢桁架，减少了刚度突变带来的不利影响。桁架上弦转换起柱位置须在桁架的节点处，且平面内需增加垂直于桁架方向的次梁[3]。桁架高度3.73m，杆件选取H 形截面，桁架杆件参数如表1 所示。

图1 纵向单榀桁架大样

图2 横向单榀桁架大样

图3 2 层通高桁架大样

表1 3 层双向桁架杆件参数mm

1.4 大跨度屋盖双向钢桁架及马道

大跨度屋盖是由双向钢桁架组成的为双面坡，纵横向跨度分别为54.60 m、54.80m；纵向6 道桁架，单榀桁架有7.00m、7.20m、8.40m 3 种中心距离，纵向单榀桁架大样详见图4；横向有5 道桁架，单榀桁架有8.40m、10.50m 两种中心间距，横向单榀桁架大样详见图5，杆件参数如表2 所示。桁架下弦平面上放置灯光、音响、舞台机械等附属设施，设置供工作人员在高空行走和工作的马道[4]。

图4 纵向单榀桁架大样

图5 横向单榀桁架大样

表2 大跨度屋盖双向钢桁架杆件参数mm

2 计算分析

采用YJK 对该秀场进行计算分析，竖向构件承载力按嵌固端在基础顶和首层2 种工况包络设计。用嵌固位置在首层模型对框架斜柱及钢桁架支撑柱、屋盖钢结构支撑柱进行中大震性能化设计。分析时，楼板采用弹性膜的计算假定。后采用Midas Gen 进行分析和复核。

表3 和表4 给出了YJK 和Midas Gen 软件计算分析结果的对比，从表3 可以看出2 种软件计算的结构自振周期相差不大，第一周期和第二周期均分别为 向、 向的平动，第三周期均为扭转，第一扭转周期与第一平动周期的比值分别为0.70、0.71，结果较为一致。由表3 可以看出结构层间位移角均满足规范1/550 的限值。整体指标均满足规范要求，结构具有良好的抗震性能。

采用Midas Gen 软件分别对3 层双向钢桁架、大跨度屋盖双向钢桁架进行杆件应力分析及挠度计算。前者上弦杆、下弦杆、腹杆最大应力比分别为0.80、0.54、0.75，后者上弦杆、下弦杆、腹杆最大应力比分别为0.71、0.88、0.71。二者Z 向最大位移分别为28.1mm、63.8mm，均小于规范要求的变形容许值l/400（l 为计算跨度）。

表3 YJK 和Midas Gen 结构周期对比

表4 YJK 和Midas Gen 位移对比

3 结论

对本文的研究总结如下：

1）针对该秀场存在的超限问题，对结构的关键构件采用了性能化设计。

2）对斜柱采用正确的计算长度，设计时箍筋全长加密。斜柱不仅满足受力要求，也要满足混凝土梁锚固要求。

3）采用YJK 软件对结构关键构件进行性能化设计，用Midas Gen 进行分析和复核，整体指标均满足规范要求，结构具有良好的抗震性能。

4）对3 层、屋盖大跨度双向钢桁架进行杆件应力分析及挠度计算，证明满足规范要求。