某儿童娱乐工程结构分析与设计

某儿童娱乐工程结构分析与设计

梅凤

宁波市城建设计研究院有限公司浙江宁波315012

摘要：宁波文化广场儿童娱乐工程为采用框架结构体系的特别不规则结构。本文介绍了该结构的超限设计，包括小震反应谱分析、弹性时程分析和中震不屈服分析，对关键构件提出合适的性能目标，采取了相应抗震加强措施。对关键钢桁架、钢挑架节点在中震下作了有限元分析。计算和分析结果表明，所提出的各项性能目标都能得到实现，采用的性能化抗震设计和抗震措施都能满足结构的抗震设防要求。

关键词：特别不规则结构；抗震性能设计；节点设计

1工程概况

宁波文化广场项目是宁波市政府“十一五”规划的重点建设项目之一，选址东部新城，西以海晏路为界、北以宁穿路为界、东以河清路为界、南以中山路为界。分成4个地块，形成4个标段，本工程为II标段儿童娱乐，总建筑面积25034平方米，占地面积5497平方米。

本工程地上4层，局部5层，建筑高度23.480米。地下一层，以室内地坪为±0.000计，地下一层地面标高为-5.100米，本工程以地下室顶板为上部结构嵌固部位。

2基础设计

地质勘察报告揭示，该地块埋深80米以内未见岩石层，各类土层分布厚度基本均匀，未发现差异较大的突变现象。根据报告分析，采用泥浆护壁钻孔灌注桩，为端承摩擦桩，桩直径700mm，混凝土强度等级C35。桩端持力层为第8大层联合持力层，桩长60m，单桩竖向承载力特征值2400KN。地基基础设计等级为甲级，桩基设计等级为甲级[2]。

3上部结构布置体系

主楼平面尺寸101.3x87.3米，底层层高5.5米，其它层层高4.5米。在2、3层分为独立的两个单元，在3、4、5层以及屋顶层通过30米连体桁架和44.6米的悬挑桁架把两个单元连在一起。在3层连体处再下挂30米跨度连廊到2层，连廊通过铰接与两侧主结构连接；因为4楼存在架空层，4楼处平面开大洞。整个楼采用框架结构，大跨度处采用钢桁架连接，大悬挑处采用钢桁架悬挑，钢结构与混凝土过渡处采用钢骨混凝土过渡。整个上部结构为U字型带内庭院结构，为满足建筑功能需要，不设抗震缝和伸缩缝。

4计算模型与计算分析

4.1反应谱分析

本工程采用考虑扭转耦联振型分解反应谱法（CQC法）进行小震作用下的弹性分析，分别计算X，Y向地震作用，以SATWE计算结果为设计主要依据，并与ETABS计算结果进行对比，两种软件计算的模态、基底剪力、位移比、层间弹性位移角等关键参数见表1。

通过小震下反应谱分析结果（表1）可知，结构的周期比、弹性层间位移角、剪重比、刚重比等都满足《高层建筑混凝土结构技术规程》要求。位移比大于规程限值1.4，但是没大于1.5。

4.2结构小震下弹性时程分析

为了校核CQC法的计算结果，本工程分别采用SATWE和ETABS进行了小震下的弹性时程分析。SATWE选用一条人工波和两条天然波，分别为人工波RH1TG065波、天然波NIN-A-4波和天然波TH1TG065波。ETABS选择一条人工波和两条天然波，分别为人工波1、天然波1和天然波2[3]。所有人工波和天然波峰值加速度为18cm/s2。小震下弹性时程分析计算的结果和CQC法计算出的基底剪力对比如下表2。

由表2可知，小震下弹性时程分析中每条波计算所得基底剪力均大于CQC法计算的65%，且三条时程曲线计算所得基底剪力平均值大于CQC法计算的80%，小震弹性时程分析计算结果满足《高层建筑混凝土结构技术规程》要求。结构地震作用效应取时程法计算结果的包络值和CQC法计算结果的较大值。

4.3中震弹性不屈服分析及设计

本工程采用SATWE和ETABS分别进行中震不屈服、中震弹性计算，按照对相应薄弱且重要构件按照性能目标进行验算，以保证整个结构和构件具有适宜的承载力、延性和抗震安全储备。在6度区中震不屈服设计的框架梁柱配筋在某些部位会小于按规范小震反应谱设计的配筋，遇到此情况本工程按配筋的较大值取用。

5结论

对连体桁架、挑架采取相应加强措施，确保实现既定的抗震性能目标，通过提取中震下内力，对连体桁架、挑架等关键节点进行有限元分析，确保节点区能实现既定的抗震性能目标。

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]GB50007-2011建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

作者简介：

刘利明，硕士，工程师。