某音乐厅建设项目位于学校总用地范围内西南侧，建筑面积为9 875.75 m2，建筑高度23.80 m。地下1层，地上4层。地下1层为车库、储藏间及设备机房，1～3层为办公及音乐厅，4层为设备机房。观众厅池座共532座，分为上、下两层，横向跨度为18 m，纵向跨度为32.8 m，2层侧边看台悬挑长度2.5 m。预备厅18.6 m×18.6 m大跨度空间，18.2 m无层间楼板通高设计，采用钢结构屋面。图1为建筑效果图，图2为2层平面图，图3为典型剖面图。
图1 建筑效果图
Fig.1 Image of Architectural Rendering
图2 2层平面图
Fig.2 Plane Graph of the Second Floor
图3 典型剖面图
Fig.3 Typical Profile View
拟建场地在地貌上属于剥蚀残丘地带，呈斜坡阶梯地形，地面起伏变化较大。第四系覆盖层有人工填土、第四系坡积层、残积层，下伏基岩为燕山期花岗岩。地表水为场区内局部分布有水坑，根据注水试验结果综合判定，场地岩土层的渗透性等级属弱透水～中等透水，按Ⅱ类环境，地层渗透性属A类判断，场地土对混凝土结构微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性，对钢结构具微腐蚀性。根据勘察结果，拟建场地未发现岩溶、土洞、地面沉陷、坍塌、滑坡、泥石流等不良地质现象，适宜本工程建设。各土层分布及其力学性质指标见表1，结合场地地质情况及项目特点，基础方案采用人工挖孔墩基础，墩长约10 m，墩身混凝土强度等级C35，持力层为中（微）风化层。人工挖孔墩采用扩大头形式，桩身直径d=1 200mm，桩底扩大头直径D=1 800mm。经验算满足建筑物承载力要求。基础平面布置如图4所示。
表1 各土层分布及其力学性质指标
Table 1 Soil Layers Distribution and the Mechanical Properties Index
承载力特征值kPa〈1〉人工填土 稍压实 2.00 90〈2〉粉质粘土 硬塑状 1.13 200〈3〉砂质粘性土 硬塑状 3.47 250〈4-1〉全风化花岗岩 坚硬土状 4.00 380〈4-2〉强风化花岗岩 半岩半土状 10.20 550〈4-3〉中风化花岗岩 块状、短柱状 3.58 2000〈4-4〉微风化花岗岩 短柱状、长柱状 7.37 5000地层名称 状态 平均厚度Hm
图4 基础平面布置图
Fig.4 Foundation Layout Plan
本项目的平面复杂［1］，对其进行规则性判别（如表2）。按照粤建市函［2011］580号《广东省超限高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则》要求，本工程存在扭转不规则和楼板不连续2个不规则项。不超3项，不需要进行超限高层建筑工程抗震设防专项审查。
表2 结构超限情况判定表
Table 2 Decision Table for Structure Overrun
超限项目 简要涵义 超限程度 判定高度超限 框架-剪力墙结构《细则》，不超过100m包括地下1层，结构主屋面高度为8+23.1=31.1m否1扭转不规则考虑偶然偏心的扭转位移比＞1.2结构位移比为最大为 1.32（6F），＞1.2，≯1.35是2a凹凸不规则平面凹凸尺寸大于相应边长30%，或突出部分长宽比≯2，l突出部分l 35.2=32.4% 否Bmax=11.4
剧场类结构先天存在质心与刚心偏离大，在地震作用下，结构扭转效应较大，扭转位移比不易控制。［2］观众厅、舞台比较空旷，高差大，楼板大开洞，在地震作用下各部分容易相对振动而使削弱部分产生震害。根据这些特点，音乐厅采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构。利用建筑隔墙、楼梯间及设备管井等，在适当位置沿两个主轴方向设置正交剪力墙，形成较接近的双向抗侧刚度及抗扭刚度，减小结构刚心与质心的偏心距，增强结构的整体抗扭刚度，避免在地震作用下发生扭转脆性破坏。通过在平面连接部位设置剪力墙，增强薄弱部位的连接，使得结构在地震作用下有较好的空间协同工作能力。所有楼盖均采用相交钢筋混凝土梁板式结构，楼板厚度为120mm；局部较大跨度位置板厚按1/40板跨取值，在120～180mm之间。楼面主梁梁高按700～2 000mm设计。墙柱混凝土强度等级为C40，结构梁板混凝土强度等级为C30，各层不变；钢筋均采用HRB400 热轧钢筋。［3］
综合考虑使用要求、结构安全、施工方便等因素，观众厅屋盖结构采用现浇钢筋混凝土楼板。沿18 m横向跨度布置500mm×1 200mm的主梁，400mm×1 000mm的次梁。
预备厅平面尺寸18.6 m×18.6 m，采用钢桁架屋盖，钢材采用Q345B，桁架上铺设120mm厚混凝土；钢桁架上弦及次梁平面布置见图5，主桁架剖面见图6，主要构件截面为 H300×250×12×16（SX1）、HW 250×250×14×14（XX1），H300×250×12×16（CL1）。竖向构件从标高5.4 m～23.6 m共18.2 m高度，采用剪力墙加钢骨混凝土柱。由于柱子计算长度较大，另外受钢拉索水平向拉力，柱截面及配筋都很大，采用钢骨混凝土柱，并延伸至首层标高。钢骨混凝土柱中的钢骨另由含钢率控制，不受钢筋配筋率的影响，使得与普通混凝土构件同样的外形尺寸，但其承载力提高很多。为使得型钢与混凝土共同工作，全高设置抗剪拴钉，保证滑移面上的剪力全由剪切连接件承担。典型钢骨混凝土柱截面见图7。
图5 钢桁架上弦及次梁平面布置图
Fig.5 Layout Plan for Upper Beam and Secondary Beam of Steel Truss
图6 主桁架剖面图
Fig.6 Profile View of Primary Truss
图7 典型钢骨混凝土柱截面
Fig.7 Typical Column Cross-Section of Steel Reinforced Concrete
本工程抗震设防烈度为8度（0.2g），设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类，采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构。音乐厅的座位数仅532座，属于小型剧场［4］，抗震设防类别取丙类。抗震设计时，地震作用满足8度要求，抗震措施不需要提高。结构中框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为一级。根据建设方要求，设计使用年限为50年，结构构件的重要性系数为1.0。
采用YJK软件进行计算分析，地震作用考虑偶然偏心并计算双向地震作用，共计算40个振型，计算嵌固端为基础面标高。计算结果见表3。
表3 YJK计算分析结果
Table 3 YJK Computational Analysis Result
项目 分析结果自振周期（T1，T3，T3）
计算结果表明，各项指标满足GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》［5］、JGJ 3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》及广东省标准DBJ 15-92-2013《高层建筑混凝土结构技术规程》要求。
针对本工程实际，结构设计中采取了以下措施：
⑴ 利用建筑布局，在音乐厅及预备厅周边布置400～700mm厚剪力墙，提高结构的抗侧刚度及抗扭刚度。经计算考虑偶然偏心的扭转位移比＞1.2但≯1.35，满足规范要求。
⑵ 对于楼面开大洞较多的情况，在楼板开洞处的下1层将其板加厚到180mm，并适当加大配筋，有利于楼层水平力传到周围竖向构件中。
⑶ 针对预备厅竖向构件计算长度大问题，采用钢骨混凝土柱且全高设置抗剪拴钉，在柱截面不变的情况下，使其承载力提高很多，满足建筑要求及计算要求。
⑴ 对于音乐厅等剧场类建筑，结构布置受建筑功能限制出现很多空旷、错层等平面及竖向不规则现象，造成结构构件连接薄弱，平面刚度弱，结构构件之间不能很好地协调工作,容易产生不协调变形。对于这种现象，应通过增设剪力墙来减小刚心与质心的偏心距，加强各层楼板板厚及配筋、大开洞口周边设置边梁等措施来提高平面刚度，加强薄弱部位的连接，最终提高结构整体的抗震性能。
⑵ 抗震规范中关于结构扭转位移比的控制要求是基于刚性楼板假设计算得出的。对于音乐厅等剧场类结构，基于体型复杂、内部空旷，且存在大跨、错层、楼板大开洞等特点，采用全楼刚性楼板假定计算将产生较大的误差，对于结构分析的准确性有较大影响。而按照弹性楼板假定计算，结构中最大扭转位移很可能是个别构件在局部振型作用下产生的，而非整体扭转的表现。这种结构的局部振动变形会影响计算扭转位移比的准确性。因此对于此类内部空旷结构的扭转位移的控制，不能局限于扭转位移比的控制，更应从概念上宏观把握，注重概念设计，找出造成结构扭转的主要因素并选择合理的结构体系，有针对性的进行结构布置并采取加强措施，以提高结构的安全性。
参考文献
［1］王奇，张根俞，朱炳寅，等.昆山市文化艺术中心大剧院结构设计与分析［J］.建筑结构，2011，41（S1）：513-516.
［2］刘明全，赵剑利，孔江洪，等.大剧院结构设计的特点［J］.建筑结构，2006，36（5）：26-30.
［3］中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.混凝土结构设计规范：GB 50010-2010（2015年版）［S］.北京：中国建筑工业出版社，2015.
［4］中华人民共和国住房和城乡建设部.剧场建筑设计规范：JGJ 57-2016［S］.北京：中国建筑工业出版社，2017.
［5］中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.建筑抗震设计规范：GB 50011-2010［S］.北京：中国建筑工业出版社，2016.
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