日照市岚山文化中心主要由群艺馆和周边的城规馆、博物馆、图书馆、科技馆四馆组成，总建筑面积48 522m²，地下6 130m²，地上42 392m²，建筑长、宽均为144.8m，周边四馆建筑高度均为23.90m，群艺馆建筑高度为11.24m，建筑四周设置Y形柱造型。该项目建筑形态设计构思源于岚山区安东卫文化，建筑平面形制为方正对称的回字行，总体布局呈现“卫城”的形态。图1为文化中心建筑效果图，图2为文化中心主体结构完成实景，图3为日照岚山文化中心结构单元划分平面示意图。

　　 群艺馆地上2层，地下1层，地上平面呈“十”字形，中心平面尺寸为67.8m×67.8m，四面凸出部分长度为38.5m，宽度为32.4m，平面布局基本对称，结合建筑使用功能，在凸出部位的端部设置剪力墙，形成抗扭性能良好的钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系，见图3～5。

　　 周边四馆被防震缝分成四个L形的结构单元，如图3所示。周边四馆地上均为4层，地下1层，地上南北均长56m，东西均长56m，建筑高度为23.90m，均采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。

　　 每个馆因建筑功能条件所限，均有穿层柱、局部大开洞、大跨钢结构托转、楼面大跨度悬挑等不规则情况出现，其中城规馆模型展示区顶部存在大跨空旷结构，展厅顶结构X向和Y向跨度分别为34.2,25.2m，且上部存在结构托转，结构采用单向密肋钢梁，辅加小跨次梁形式，见图4。

　　 群艺馆典型柱网尺寸为8.4m×8.4m，柱截面为700mm×700mm，剪力墙厚度为400mm，框架梁主要截面为500mm×700mm,600mm×800mm，次梁主要截面为300mm×600mm，楼面、屋面板厚度为150mm。

　　 四角四馆剪力墙厚度为300～600mm，柱截面以800mm×800mm为主，框架梁截面为500mm×700mm,600×800mm，次梁截面以300mm×600mm为主。

　　 本工程抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第三组，场地类别为Ⅱ类，场地特征周期为0.45s，本工程结构抗震性能目标为C级，大跨度梁在小震、中震作用下应处于弹性，大震作用下不屈服。

　　 因建筑功能要求，本工程存在大跨度、大悬挑构件、转换等情况。城规馆、博物馆、科技馆、图书馆四馆高度为23.90m，接近24m，根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)^[1](简称抗规)第6.1.2条规定，框架的抗震等级为四级，剪力墙抗震等级为三级，考虑存在跃层柱、大跨度、转换、楼板大开洞等不规则情况，将角部的四馆底部加强部位的框架抗震等级提高一级，即框架等级为二级。考虑到群艺馆突出部分楼板开洞较多，且会议室顶部位为大跨度框架结构，视为工程的薄弱区域，因此将群艺馆框架按三级，剪力墙按二级进行设计。本工程结构的抗震等级如表1所示。

4建筑形体、构件布置规则性判断及超限应对措施

 4.1建筑形体、构件布置的规则性判断

　　 根据抗规规定，结构平面不规则的主要类型有:扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续。参照抗规所规定的限值，本文列出了各馆的超限情况，见表2。

　　 立面规则性分析:城规馆、科技馆因建筑功能限制，存在部分框架柱不能落地，导致结构竖向抗侧力构件不连续，需通过梁或桁架进行转换的情形，因此城规馆及科技馆为竖向不规则结构，群艺馆、图书馆及博物馆为竖向基本规则结构。

　　 本工程属于超限复杂结构，针对结构超限的措施，本文从结构概念设计、结构计算分析、结构抗震措施、结构抗震性能分析四个方面进行阐述。

　　 (1)强化结构的抗侧刚度，使楼层侧移和层间位移角降低到较低水准范围内。

　　 (2)调整结构刚度中心。在建筑功能允许的前提下，通过结构布置的反复调整，控制结构的质量与刚度偏心程度。在上层建筑内收后，为尽量调整刚度中心，在建筑允许的适当位置设置部分梁上托墙。

　　 (3)加强结构抗扭刚度。通过初步分析可知，结构属扭转不规则结构，设计时反复调整抗震墙的布置，以加强结构整体抗扭刚度，控制各层竖向构件最大水平位移和层间位移分别不大于其平均值的1.5倍。

　　 (4)除在结构周边布置剪力墙外，通过在平面连接部位设置剪力墙，增强薄弱部位的连接，提供结构在地震作用下的空间协同工作能力，弥补由于楼板缺失造成的不利影响，同时加大角柱及边梁刚度。

　　 (5)提高抗震墙作为第一道防线的抗震能力，确保整体结构的抗倒塌能力。

　　 (6)强化转换构件周边区域楼板设计，确保上部楼层水平力的有效传递和转换。

　　 (1)结构抗震计算采用SATWE和MIDAS两套程序，考虑偶然偏心和双向水平地震作用下的扭转影响，采用弹性楼板空间结构计算模型，对结构进行整体分析及构件、楼板内力分析与设计。水平地震作用采用振型分解反应谱法进行计算，设计内力选用偶然偏心作用和双向地震作用的包络值。

　　 (2)采用弹性时程分析法对整体结构进行多遇地震作用下的补充计算，对反应谱分析结果进行校核。

　　 (3)对于楼板缺失严重的楼层进行中震分析，在施工图设计时，薄弱楼板按中震作用下的内力和竖向荷载作用下的内力进行组合后配筋，并双层双向拉通，以保证水平力的有效传递。

　　 (4)采用抗震性能化设计，提高部分重要结构构件的抗震性能水准。

　　 (5)进行大震下的静力弹塑性分析，进一步检验结构体系的抗震性能。

　　 (6)《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)^[2](简称高规)规定“高层建筑中的大跨度、长悬臂结构，7度(0.15g)、8度抗震设计时应计入竖向地震作用”，本工程为7度(0.10g)抗震设防，可不考虑竖向地震作用，本工程为提高大跨度、大悬挑结构及其支撑部位结构的抗震安全性，计算中同时考虑了竖向地震作用。

　　 (1)严格控制转换柱、抗震墙、跃层住的轴压比，采取加大配筋率、提高箍筋强度和配箍率或设置型钢等措施进一步提高其强度和弹塑性变形能力，并进行单榀结构的补充分析计算;提高重要框架柱及抗震墙的塑性变形能力和抗倒塌能力。

　　 (2)对大跨度、大悬挑构件、转换构件及相关范围内框架的抗震等级提高一级设计。

　　 (3)对于平面中楼板开大洞处，加厚洞口周边楼板，适当加大楼板配筋率并双层双向配筋，以减小楼板开洞对结构造成的不利影响。对于缺失严重的夹层楼板整层加厚，双层双向配筋并加大其配筋率。

　　 (1)抗震性能目标

　　 本工程结构出现多项不规则情况，其中部分指标超出规范限值较多，但结构总高度23.9m，较低，且位于7度(0.10g)区，按照高规中结构抗震性能设计的方法，根据结构超限情况并考虑结构造价等因素，本工程的抗震性能目标确定为C级。

　　 (2)抗震性能目标的实现

　　 在设防烈度地震作用下，结构达到第3性能水准，竖向构件按照中震不屈服设计，转换构件及穿层柱按中震弹性设计，水平耗能构件少量屈服。

　　 在罕遇地震作用下，结构达到第4性能水准，转换构件及大跨度框架柱基本处于不屈服状态;其他竖向构件正截面部分屈服，斜截面满足抗剪限制条件，水平构件部分屈服。通过静力弹塑性分析校核，结构弹塑性层间位移角满足规范要求。

　　 群艺馆建筑平面呈十字形，中间部位为700人的大空间会议室，会议室平面尺寸为33m×27m，会议室的屋顶为种植屋面，因局部堆土较高，屋面恒荷载标准值取15～20kN/m²，活荷载标准值为4kN/m^2[3];结构最大升温工况，均匀温度作用标准值为20℃;结构最大降温工况，均匀温度作用标准值为-15℃，图6为群艺馆屋面平面图，其中四角处的云线示意处为堆土较高处。

　　 群艺馆会议室(图6)屋顶结构形式为双向钢梁+现浇楼板，主梁截面为H1 600×600×30×45，次梁截面为H500×400×16×20，现浇混凝土板厚为180mm，与钢梁相连的框架柱采用型钢混凝土柱，型钢混凝土柱截面为1 000×1 000,1 300×1 000，钢构件均采用Q345钢，框架柱和楼板的混凝土强度等级分别为C40,C30。

　　 主体结构采用MIDAS Gen软件进行受力计算分析，由于群艺馆屋面跨度大、荷载较大，在梁端产生的弯矩也较大，使得周边梁须有很大的抗扭刚度，同时考虑到温度作用对钢结构的影响，因此本设计将双向主钢梁支座设置为铰支座，连接节点大样见图7，次梁与主梁、次梁与边梁的连接形式均为铰接。

　　 图8为群艺馆整体计算模型，会议室屋顶大跨度钢梁计算分析结果如下:

　　 (1)屋面梁在竖向荷载作用下的最大应力值为274.6MPa，应力比为0.93，位于钢梁支座附近，结构梁其他部位的应力值约为175MPa，应力比为0.59，结构梁处于弹性阶段，满足规范设计要求。

　　 (2)荷载标准组合下，大跨度梁的跨中挠度值为57.6mm，《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)^[4](简称钢结构规范)规定的构件变形限值为L/400，即67.5mm，结构梁跨中挠度满足规范设计要求。

　　 (3)设防地震作用下结构梁最大应力值为238.2MPa，应力比为0.81，梁其他部位的应力值在79.6～150.3MPa范围内，应力比<0.6，构件处于弹性阶段，满足结构抗震性能目标中震弹性的要求，见图9(a)。

　　 (4)罕遇地震作用下结构梁最大应力值为225.4MPa，应力比为0.77，钢梁处于弹性，满足结构抗震性能目标大震不屈服的要求，见图9(b)。

　　 图10(a),(b)分别为城规馆首层建筑平面图及2层建筑平面图，由于展厅内不允许设结构柱，使得城规馆首层展厅顶形成大跨度空旷结构，展厅顶结构X向和Y向跨度分别为34.2,25.2m。2层数字模型展厅恒荷载为3.0kN/m²，活荷载为10kN/m²，○S轴交(4)～(6)轴存在截面大小为600mm×600mm的梁上柱，柱顶标高与3层楼面标高同，3层○R～○S轴交(4)～(6)轴区域内建筑使用功能也为展厅，恒荷载为3.0kN/m²，活荷载为10kN/m²。

　　 本项目从建筑净高、结构布置、经济性等因素考虑，此部位采用单向密肋钢梁+现浇楼板的结构形式，Y向主钢梁截面为H 1 200×600×20×35,Y向密肋梁截面为H 1 200×600×20×30,X向钢梁截面为H 1 200×600×20×20，与主钢梁相连的框架柱采用型钢混凝土柱，柱截面为1 000mm×1 000mm，现浇混凝土楼板板厚为150mm，钢材均采用Q345钢，楼板混凝土强度等级为C30。

　　 本工程采用MIDAS Gen软件对整体结构进行受力计算，分析大跨度楼盖的受力情况。图11为城规馆的计算模型，Y向钢梁与型钢柱刚接，与混凝土梁铰接，X向钢梁与型钢柱刚接。从计算结果可以得知:

　　 (1)城规馆2层大跨度结构梁在竖向荷载作用下的最大应力值为272.4MPa，应力比为0.92，位于Y向钢梁支座附近，结构梁其他部位的应力值约为153MPa，应力比为0.52，结构梁处于弹性阶段，满足规范设计要求。

　　 (2)荷载标准组合下，大跨度梁的跨中挠度值为37.8mm，钢结构规范规定的构件变形限值为L/400(L为25.2m)，即63mm，结构梁跨中挠度满足规范设计要求，见图12。

　　 (3)多遇地震作用下，结构梁最大应力值为186.6MPa，应力比为0.63，梁其他部位的应力值在51.3～132MPa范围内，应力比<0.50，构件处于弹性阶段，满足规范设计要求。

　　 (4)设防地震作用下，结构梁最大应力值为217.13MPa，应力比为0.74，梁其他部位的应力值在38.6～127.9MPa范围内，应力比<0.44，构件处于弹性阶段，满足结构抗震性能目标中震弹性的要求，见图13。

　　 (5)罕遇地震作用下，结构梁最大应力值为298.9MPa，应力比为1.01，此处钢梁已进入弹塑性阶段，但未屈服，钢梁其他部位的应力值在39.6～187.7MPa范围内，应力比<0.64，满足结构抗震性能目标大震不屈服的要求。

　　 本工程外立面有多处观景平台，存在多处外挑结构，楼层处最大悬挑长度为5.8m，为减少悬挑部位梁的受力，悬挑梁采用变截面钢梁，在结构布置上，采用加密悬挑次梁的办法，以减小单根梁的受荷面积，变截面钢挑梁截面为H(800～400)×400×16×25，次梁截面为H600×400×16×25，现浇楼板厚度为120mm，悬挑处附加恒荷载为3kN/mm²，活荷载为0.5kN/mm²。

　　 为提高本工程大悬挑部位结构的抗震安全性，设计计算时考虑了竖向地震作用(取竖向地震作用系数为5%)。大悬挑部位的梁按中震不屈服设计，取中震不屈服与小震弹性的包络值，框架柱按中震弹性设计。由图14可以看出，中震作用下大悬挑部分具有良好的变形协调能力，可满足抗震性能设计要求。

　　 层间处最大悬挑长度为3.675m，对层间悬挑部位，采用钢梁+楼层板的模式以降低结构自重来减小悬挑梁对边梁的扭矩及对柱的层间弯矩;层间悬挑钢梁截面为H600×300×14×20/350，间距为2 800mm，封边钢梁截面为H350×300×8×12，楼面板厚度为100mm，钢梁均采用Q235B，混凝土强度等级为C30。悬挑处附加恒荷载为3kN/mm²，活荷载为0.5kN/mm²。

　　 层间悬挑处结合建筑造型，在较长悬挑钢梁的端部设置钢拉杆，钢拉杆吊挂于上层楼层处混凝土悬挑梁的根部，有效解决了建筑造型给结构带来的挑战，吊杆截面为89×7.0。层间悬挑钢梁与上层混凝土梁拉结大样见图15。

　　 针对城规馆、博物馆、科技馆、图书馆建筑平面开大洞的情况，在设计时考虑对该层楼板厚度加大至150mm，楼板双层双向通长配筋，对于楼板缺失严重的楼层进行了中震分析，图16为中震作用下城规馆2层楼板X向及Y向应力分析结果。

　　 分析图16可知，中震作用下，大部分楼板的应力均在弹性范围内，楼板凹角及剪力墙夹角出现一定的应力集中。楼板大部分区域的应力均在混凝土弹性范围内，局部区域应力集中范围应力值接近楼板混凝土抗拉强度标准值的上限。在施工图设计中着重加强存在应力集中处楼板的配筋，并按中震作用的内力与竖向荷载作用下的内力组合来复核楼板配筋以满足中震弹性的要求。

　　 针对群艺馆，为保证结构不出现较大的扭转效应，在四个突出的角部设置了相对较多的剪力墙，这样导致四个角部与中央连接处的楼板相对较薄弱。为了验证四个连接薄弱部位在地震作用下传递水平力的能力，对群艺馆屋面板进行了中震作用下的楼板应力分析，如图17所示。由图17可知，与设想一致，在连接处出现了较大的拉压应力，但其值均在混凝土的弹性范围内。施工图设计时，针对薄弱连接部位的楼板及框架梁进行配筋加强，以保证中震作用下楼板对水平力的有效传递。

　　 本文介绍了本工程的结构超限情况及应对措施，分析了大跨度梁、长悬臂构件以及薄弱楼板的受力情况，得出以下几点结论:

　　 (1)在结构设计中通过采取合理的结构体系和抗震措施，设定相应的抗震性能目标，有效地减轻了因结构不规则对结构受力所带来的不利影响。

　　 (2)通过对群艺馆重型屋面进行结构受力分析可知，当结构两个方向跨度相近、荷载较重时，可采取双向主钢梁共同承担荷载的合理受力模式，框架柱与钢梁的节点采用铰接，简化了节点构造，现场施工时节点更易得到保证。

　　 (3)通过对城规馆大跨度梁受力分析可知，当结构两个方向跨度相近、荷载不是很大、对结构变形要求较严格时，采取单向密肋钢梁的结构形式，使得钢梁支座处受力均较均匀且不是很大，钢梁与支座采用刚接，节点构造相对简单。

　　 (4)通过对较典型薄弱楼板的中震应力分析可知，当结构楼板存在大开洞或局部尺寸变化较大时，对楼板进行应力分析是十分必要的，根据楼板应力分析结果增强楼板、梁配筋或加大板厚，可保证中震作用下楼板对水平力的有效传递。

　　 (5)楼层处看台悬挑较大，本工程的挑梁采用变截面钢梁以减小看台自重，在结构布置上，采用加密悬挑次梁的办法，以分担单根梁的受荷面积。经计算，大悬挑处梁的挠度及配筋情况均有较大程度的改善，满足规范的要求。大悬挑部分在中震及大震作用下，具有良好的变形协调能力，可满足抗震性能设计要求。