某體育館建設項目初步設計說明(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 在 2～ ，臺階寬 8～ 12m，自然坡度在 5～ 12186。另在場地北東側存有一高約 10m的陡坎，經 調查未發現裂縫及滑移現象，根據人工填土①和碎石土②、漂卵石④層的經驗數據，穩定性計算參數（ C、Φ值）可按如下采用： 人工填土①： C=15KPa；Φ =6176。 碎 石 土②： C=10KPa；Φ =16176。 粘 土 ③ ： C=32KPa；Φ =9176。 漂 卵 石④： C=15KPa；Φ =32176。 經對剖面 44 的穩定計算，其安全系數 Fs= 處于穩定狀態。場地整體處于穩定狀態，另場地內無其它不良地質現象，適宜建筑。 由于場地修建建筑物，因此須對北東側地段邊坡進行建議采用重力式擋墻或樁板進行支擋處理。 基礎設計 ： 主比賽館和訓練館采用人工挖孔樁樁基礎。以漂卵石④層作為樁基礎持力層。樁徑為 1000、 1200兩種，進入持力層深度不小于 1500。 人工挖孔樁樁徑、擴大頭尺寸、單樁承載力特征值等詳見樁基初設圖。 附屬結構，如標高 XX路平臺和主比賽館南北側疏散樓梯，均為單層框架結構，擬采用柱下獨立基礎，以碎石土②層為基礎持力層。 半開敞 地下室設計： 本工程半開敞地下室，層高 米。地下室擋墻厚度為 400，抗滲等級為 P6； 考慮場地基本沒有地下水，從降低工程投 資考慮，未設地下室底板。 六、 上部鋼筋混凝土結構設計說明 ： 變形縫設置； 本工程主比賽館和訓練館結構為獨立的兩個單體，其中主比賽館屋頂鋼結構平面尺寸為 74米 x 74米 。 訓練館屋頂鋼結構平面尺寸為 60 米 x 32 米 ,其長度不超過鋼結構規范規定的溫度區段長度限值。 主比賽館鋼筋混凝土結構，最大樓板尺寸約 106米 x 83米。由于建筑體型的限制，無法設置變形縫。對此，采取以下結構措施： （ 1） 通過設置樓面后澆帶減小混凝土收縮應力的影響。 （ 2） 對 標高大平臺（結構最大尺寸平 臺）加強屋面保溫措施，減小使用階段溫度影響。 11 （ 3） 結構計算考慮溫度影響，溫度差按 XX當地溫度差 。 （ 4） 屋頂鋼結構與鋼筋混凝土結構為橡膠支座彈性連接，以減小屋頂鋼結構溫度變形對鋼筋混凝土結構的影響。 考慮人工挖孔樁基礎沉降很小，可滿足不設沉降縫的條件。 上部鋼筋混凝土結構選型及結構布置說明： 上部鋼筋混凝土總共為四層， 結構體系為框架 剪力墻結構， 二、三、四層標高分別為 、 、 米，因場地中間為比賽場地，結構樓板均為每層周圈布置，按建筑抗震規范 ，結構平面布置屬“樓板局部不連續”的平面不規則類型。 為保證結構主體在大震下的整體穩定，在結構平面的四角設置通高的 5000x5000的剪力墻筒體，該剪力墻筒體也是支撐屋面輕鋼結構、保證其大震下正常使用的主要抗側力構件。四個剪力墻筒體之間，另布置多片剪力墻，以保證各片樓板、看臺在縱橫兩方向均形成可靠的抗側力體系。 鋼筋混凝土 結構高度約 17米，側向剛度下大上小、變化均勻，豎向體形規則。 框架抗震等級為一級；剪力墻抗震等級為一級。 七、結構分析 ： 因本工程位于高烈度地震區， 初步設計階段結構計算須滿足以 下規范要求： （ 1） 多遇地震作用下的水平地震剪力驗算，結構任一樓層的水平地震剪力大于 倍的樓層重力荷載代表值，即剪重比大于 。 （ 2） 多遇地震作用下的抗震變形驗算，即主體框架 剪力墻結構豎向構件滿足彈性層間位移角限值 1/800 （ 3） 多遇地震作用下的構件截面設計。 （ 4） 罕遇地震作用下的薄弱層的彈塑性變形驗算。即主體框架 剪力墻結構豎向構件滿足彈塑性層間位移角限值 1/100 本工程所在地區 基本風壓僅 ㎡，風荷載下結構總傾覆彎矩僅相當于地震傾覆彎矩的 5%，不起控制作用，初步設計中 對風荷載的作用未設專門論述，詳見計算書。 結構分析采用 SATWE 和 MIDAS/GEN 進行 ① ~③對比分析： 采用 PUSH進行④分析 SATWE ： 《高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件》（墻元模型） 中國建筑科學研究院 PKPMCAD 工程部編制 MIDAS/GEN 《土木、建筑部門通用結構分析以及優化設計系統》 北京邁達斯技術有限公司編制 PUSH 《多層及高層建筑結構彈塑性分析軟件》 中國建筑科學研究院 PKPMCAD 工程部編制 計算模型一（ SATWE） 因 SATWE 和 MIDAS/GEN 輸入設置不同，為保證計算對比的有效性，對結構計算模型做如下簡化 （ 1）結構嵌固部位為室外地面（ ），未輸入基礎梁層和半地下室。 （ 2）斜看臺按平層結構輸入，混凝土樓層簡化為標高 ， ， ，混凝土樓板全部按彈性板模型輸入（彈性板 6） （ 3）屋面輕鋼（平面交叉桁架）結構擬雙向鋼梁輸入；區格間設斜桿模擬桁架平面支撐；控制屋面重力荷載代表值與輕鋼結構基本一致；為模擬屋面結構質心高度（約），在 混凝土屋面上設置 ，鋼柱下端剛接，上端雙向鉸接。鋼梁屋面層標高 計算模型二（ MIDAS/GEN） 與計算模型一（ SATWE）一致，不同之處僅在于 SATWE中剪力墻開洞處連梁按墻元計算，而 MIDAS/GEN 中剪力墻開洞處連梁按梁單元計算。 計算模型一（ SATWE）與計算模型二（ MIDAS/GEN）計算結果比較 結構自震周期 振型號 計 算 模 型 一（ SATWE） 計 算 模 型 二（ MIDAS/GEN） 誤差 振型描述 1 % Y向第一振型 2 % X向第一振型 3 % 第一扭轉振型 4 % 第二扭轉振型 5 % Y向第二振型 6 % X向第二振型 注： 2個計算模型振型模態一致 12 多遇地震作用下的水平地震剪力驗算 層號 標高 地震方向 計 算 模 型 一（ SATWE） 計算模型二（ MIDAS/GEN） 差異 屋面 X 5466kN 5329 kN % 3 X 5494kN 4822 kN % 2 X 8088 kN 7584 kN % 1 X 9102 kN 7828 kN % 屋面 屋面 Y 4562 kN 4069kN % 3 3 Y 4661kN 4057 kN % 2 2 Y 6999 kN 7076 kN +% 1 1 Y 5406kN 5235kN % 注：剪重比均遠大于 % 多遇地震作用下的抗震變形驗算 層號 地震方向 最大層間位移構件 計 算 模 型 一（ SATWE） 層間位移角 計算模型二（ MIDAS/GEN） 層間位移角 3 X K x 13 軸柱 1/628 1/984 2 X J x 9 軸柱 1/1431 1/1875 1 X A x 18 軸柱 1/3457 1/4166 3 Y K x 13 軸柱 1/628 1/923 2 Y B x 11 軸柱 1/833 1/882 1 Y M x 18 軸柱 1/5414 1/3846 注： 3 層 K x 13 軸柱，因剪力墻未升到 3 層，受力相當于框架柱，其層間位移角大于1/800；小于 1/550 是符合規范要求的。 構件截面 計算模型一（ SATWE）與計算模型二（ MIDAS/GEN） 構件配筋均未超筋。 結論：由于 2 個程序在層重力荷載代表值取值、連梁計算模型、墻元模擬等方面存在差異，在計算結果上存在部分差異是正常的，誤差基本在 10%以內。從比較結果看，按 計算 模型一（ SATWE） 設計是偏于安全的。 計算模型三（ SATWE） 針對 計算模型一 的不足，在 計算模型一 的基礎上補充輸入基礎梁層和半地下室，斜看臺按斜梁結構輸入， 計算模型一（ SATWE）與計算模型三（ SATWE） 計算結果比較 （ 1） 多遇地震作用下的水平地震剪力驗算 層號 標高 地震方向 計 算 模 型 一（ SATWE） 計 算 模 型 三（ SATWE） 差異 屋面 X 5466kN 5819kN +% 3 X 5494kN 6051kN +% 2 X 8088 kN 8024 kN % 1 X 9102 kN 14010 kN +% 屋面 屋面 Y 4562 kN 5049kN +% 3 3 Y 4661kN 5171kN +% 2 2 Y 6999 kN 6509kN +% 1 1 Y 5406kN 12021kN +% 注：計算模型三因輸入基礎梁層和地下室，并指定設置地下室，導致一層水平地震剪力明顯放大。 結論： 計算模型三 在自震周期、水平地震剪力和抗震變形驗算等方面 基本相當。且水平地震剪力偏大，其計算結果用于施工圖配筋設計偏于安全。 該計算柱底內力結果可用于施工圖樁基設計。 斜看臺最低處，框架柱為短柱，導致配筋超筋，該問題在施工圖階段解決。 計算模型四（ MIDAS/GEN） 根據屋面輕鋼（平面交叉桁架）結構的設計成果，在 計算模型二 的基礎上，將屋面平面交叉桁架模型與下部框架 剪力墻結構模型結合在一起進行協同分析，兩者采用橡膠支座彈性連接。 計算模型二（ MIDAS/GEN）與計算模型四（ MIDAS/GEN） 計算結果比較 （ 2） 多遇地震作用下的水平地震剪力驗算 13 層號 標高 地震方向 計 算 模 型 二（ MIDAS/GEN） 計 算 模 型 四（ MIDAS/GEN） 差異 屋面 X 5329 kN 1321 kN % 3 X 4822 kN 4518 kN % 2 X 7584 kN 7687 kN +% 1 X 7828 kN 6954 kN % 屋面 屋面 Y 4069kN 1510 kN % 3 3 Y 4057 kN 3042 kN % 2 2 Y 7076 kN 6359kN % 1 1 Y 5235kN 5043 kN % 注：剪重比均遠大于 % 結論： 計算模型四在 水平地震剪力和抗震變形驗算等方面均小于 計算模型二， 考慮橡膠支座在水平地震作用下相當于隔震的效果，頂層水平地震剪力大輻降低，而 1~3層相對變化不大。其計算結果合理。滿足規范要求。 4 個計算模型比較結論： 4個計算模型的自震周期接近，振型模態基本一致，其計算結果均可滿足規范限值要求。 施工圖階段采用水平地震剪力最大的 計算模型三 來對下部框 架 剪力墻結構配筋設計，滿足規范要求，且是偏于保守和安全的。 因篇幅所限，未對各種模型的計算參數設置和結果比對作逐個詳述，詳見計算書。 （ PUSH） 以 計算模型三為 基礎，在 標高鋼柱下增設橡膠支座，進行罕遇地震作用下的薄弱層的彈塑性變形驗算。 圖片從上往下分別為： X向（小震） ； X向（大震） ； Y向（小震） ； Y向（大震） 驗算結果均滿足規范要求。 14 八 、 主要抗震技術措施： 采用四角設有加強筒體的現澆框架 剪力墻結構體系。有利于加強結構整體性。 通過屈服判別法找出結構 的薄弱部位，針對性采取加強措施，保證結構滿足規范“小震不壞，中震可修”，進而滿足“大震不倒”的抗震設防目標。 具體判別過程簡述如下： 在小震下結構設計計算（ 計算模型三 ）的基礎上，通過逐步增大地震作用的方法（逐步增大地震影響系數），找出構件發生屈服的順序。 水平地震地震影響系數按 （小震）； ； （中震）逐步增加。所有荷載分項系數取 ；地震作用的增大或調整系數取 （構件抗震等級取四級）；鋼材和混凝土強度取標準值。 （ 1） α max=，框架柱、框架梁、墻體、連梁均不發生屈 服。 （ 2） α max=，框架柱、框架梁、連梁均不發生屈服。個別墻體出現抗彎屈服，通過調整相關構件截面尺寸，使之不發生屈服。 （ 3） α max=，框架柱、框架梁、連梁均不發生屈服。個別墻體出現抗彎屈服，施工圖階段采取增強措施增加其抗彎承載力，使之不發生屈服。 本工程屬多層框架 剪力墻結構，四角加強筒體的剪力墻高寬比 17/5=。參照《北京室建筑設計技術細則》，其底部加強區取底部一層，墻體厚度 500，高厚比約為10，通過屈服判別法分析，均不發生屈服。 采用 9度抗震設防。按乙類建 筑設計，規范要求應符合比 9度抗震設防更高的要求，因此本工程參照《高層建筑混凝土結構技術規程》抗震等級按特一級設計，并略高于特一級的構造要求。 具體措施如下： 規范要求 本工程采用 剪力墻抗震等級 比一級更強 特一級 剪力墻軸壓比限值 約束邊緣構件縱筋最