1 工程概况
上海天文馆（上海科技馆分馆）项目位于浦东新区的临港新城，北侧是环湖北三路，西侧是临港大道，南面和东面均为市政绿地，总用地面积58600m2。本项目总建筑面积约38162.57m2，个中，地上24724.09m2和地下室12526.98m2。主体建筑面积35369.85m2，地面以上3层，地下1层，建筑总高度23.95m，建筑效果图如图1所示。
本项目主体建筑尺寸约为140m×170m，构造最大高度22.5m，局部突出屋顶的设备间高度26.5m。地下1层，较高一侧地上3层，局部有夹层，较低一侧地上1层。上部构造采取钢筋混凝土框架-剪力墙构造，局部采取钢构造和铝合金构造。上部构造紧张由4部分组成，即大悬挑区域、倒转穹顶区域、球幕影院区域及连接以上3个区域之间的框架。
大部分屋面为不上人屋面，采取轻质金属板屋面，局部上人屋面和楼面采取现浇混凝土楼板，局部采取闭口型压型钢板组合楼板。地下室顶板除球幕影院区域开大洞外，相对较完全，2，3层楼面均有大面积缩减。上部构造区域划分示意图如图2所示。
由于较低一侧屋面为轻质金属屋面，构造为钢框架，其刚度小、变形能力强，且质量不超过全体上部构造质量的5%，因此全体上部构造采取无缝设计，但在布局上加强高、低侧连接处立柱的配筋。
2.1 大悬挑区域构造支配
大悬挑区域所在位置如图3所示，悬挑区域采取钢构造体系，紧张受力构件为支承于现浇钢筋混凝土筒体上的空间弧形桁架和楼、屋面双层桁架，网架中央线厚度为1.8m。为了担保荷载的通报，在混凝土筒体内设置钢骨。考虑布局哀求，核心筒墙厚度取1000mm。大悬挑区域构造三维模型如图所示。
2.2 倒转穹顶区域构造支配
倒转穹顶区域所在位置如图6所示，倒转穹顶采取铝合金单层网壳构造，穹顶支承于下部“三脚架”顶部的环梁上，穹顶下方旋转步道采取钢构造体系，步道支承于“三脚架”立柱上。“三脚架”采取现浇钢筋混凝土构造，顶部环梁截面为1800×2000，下方环梁截面为1200×1800，且下方环梁位于立柱的外表面以外。北侧立柱截面为5m×1.8m，南侧两根立柱截面为7m×1.8m。为了减轻立柱的重量，同时简化旋转步道与立柱的连接布局，“三脚架”立柱采取内置直径为1200mm的薄壁空心钢管，钢管在高度方向每隔3m通过一水平横隔板连接在一起，外表面为净水混凝土，为了担保立柱底部水平力的通报，此范围根本底板加厚至1200mm。旋转步道宽3.25m，长178m，最大跨度40m。
2.3 球幕影院区域构造支配
球幕影院区域所在位置如图7所示，球幕影院顶部球体采取钢构造单层网壳构造，内部不雅观众看台构造采取钢梁+组合楼板的构造形式。球体底部支承构造根据建筑效果哀求采取混凝土壳体构造，并均匀设置加劲肋，混凝土壳体与钢构造球体之间设置钢筋混凝土环梁，环梁内设置钢骨。球体构造通过6个牛腿与混凝土环梁连接。
3 构造抗震设计
3.1 抗震方法
（1）打算剖析
整体打算采取MIDAS/Gen和SAP2000软件，混凝土部分通过模型简化后采取PKPM系列软件进行打算。采取ABAQUS进行大震下构造弹塑性时程剖析、混凝土壳体及楼板应力剖析。
（2）构造关键部位抗震性能目标
构造关键部位抗震性能目标如表1所示。采取如下方法担保构造关键部位达到抗震性能目标：
1）对付各连接节点，采取ABAQUS有限元剖析模型在设计荷载浸染下对其性能进行详细剖析；
2）对付钢、铝合金构件，采取MIDAS软件在设计荷载浸染下对其内力进行验算，确保知足性能哀求；
3）对付混凝土构件，采取MIDAS软件进行构件应力分布剖析，并根据构件应力分布配筋。
（3）分外处理
对所有楼板进行中震下应力剖析，担保楼板的抗震性能。对付大悬挑区域、倒转穹顶区域、球幕影院区域等关键部位，取独立模型进行打算剖析，提高构造的安全性能。
（4）布局方法
由于大悬挑区域两个核心筒与其他区域连接较弱，确定混凝土框架等级时按照纯框架构造处理，而确定剪力墙抗震等级时按照框架-剪力墙构造处理。构造关键部位抗震等级：混凝土框架、剪力墙为二级，钢构造为三级。
3.2 嵌固真个选择
本工程室内外高差为0.100m，嵌固层选在地下室顶板层，整块顶板有4处开洞较大，个中最大的洞口为球幕影院下方混凝土壳体的内部空间，虽然尺寸较大，但洞口周边与混凝土壳体连接，混凝土壳体侧向刚度大，因此地下室顶板开洞对上部构造影响较小。别的位置在顶板开洞区域的周边支配刚度较好的边梁，以担保顶板的整体性。
剖析嵌固端剪切刚度时，打算参数取消地下室信息，仅考虑上部构造周边一跨以内的地下室构造进行打算。由于上部构造各区域刚度差异较大，为了较真实地反响地下室对上部构造的嵌固情形，将上部构造分成两块分别进行刚度剖析，即较高一侧分块A和较低一侧分块B，分块模型如图所示，嵌固端抗侧刚度比打算结果如表所示。
3.3 抗震打算剖析
3.3.1 小震下构造独立模型抗震性能剖析
多遇地震浸染下独立模型采取反应谱法进行打算，考虑时程剖析结果并乘1.4的放大系数。
（1）大悬挑区域：大悬挑区域最不利地震浸染方向为45°，135°。大悬挑区域在45°，135°地震浸染下的水平位移及竖向地震浸染下的竖向位移分别如图10，11所示，由图可知：多遇地震浸染下大悬挑区域位移值远远小于恒载+活载标准组合下的位移，地震工况不起掌握浸染。
（2）倒转穹顶区域：倒转穹区域最不利地震浸染方向为8°，98°。如图12,13所示，多遇地震浸染下倒转穹区域位移值与恒载+活载标准组合下的位移相称，但是竖向位移远远小于后者。
（3）球幕影院区域：球幕影院区域最不利地震浸染方向为82°，172°。如图14，15所示，多遇地震浸染下球幕影院区域位移值远远小于恒载+活载标准组合下的位移，地震工况不起掌握浸染。
3.4 性能目标剖析
3.4.1 大震弹性
球幕影院与混凝土壳体连接杆件须要知足大震弹性的性能目标。大震反应按照小震反应谱和时程包络值乘6.25的放大系数打算。大震下球幕影院与混凝土壳体连接杆件应力比最大值为0.667，小于常规荷载浸染下的最大应力比0.697，杆件不是地震荷载掌握，能够知足大震弹性的性能目标。
采取ABAQUS软件进行大震下大悬挑区域弧形桁架与混凝土筒体的弹塑性时程剖析，打算模型如图17所示。提取几个关键部位的结果：混凝土筒体、大悬挑钢桁架部分及球幕影院部分，判断大震下大悬挑区域构件的性能（1000mm厚外筒体配筋为25150，均双层双向配筋）。
3.4.2 中震弹性、大震不屈服
大悬挑区域弧形桁架及楼、屋面双向桁架、倒转穹顶区域旋转步道、铝合金网壳、钢构造网壳需知足中震弹性和中震不屈服的性能目标，中震和大震反应分别按照小震反应谱和时程包络值乘3，6.25的放大系数打算。
倒转穹顶区域铝合金网壳在中震浸染下最大组合应力为173.7MPa（图21（a）），知足中震弹性的性能哀求；在大震浸染下（标准组合）最大组合应力为202.6MPa（图21（b）），铝合金网壳除洞口的少数应力集中区域外基本知足大震不屈服的性能哀求，下阶段将通过加大洞口周边截面尺寸来知足此哀求。
球幕影院区域铝合金网壳在中震浸染下最大组合应力为171.7MPa，知足中震弹性的性能哀求；在大震浸染下（标准组合）最大组合应力为174.4MPa），知足大震不屈服的性能哀求。
大震浸染下球幕影院钢构造网壳处于弹性状态；混凝土壳体仅少数单元有受压损伤，混凝土内钢筋进入塑性，最大塑性应变为0.0021，可以通过增大边梁配筋办理。大部分区域钢筋未屈从，混凝土受压未损伤，因此可以认为大震下球幕影院整体不屈服。
4 结论
（1）本项目构造属于规范未包含的分外类型繁芜构造，其各项抗震指标无法按照常规建筑进行超限剖断，但是由于构造的高度较低（不超过24m），掌握工况是常规荷载，并不是地震工况。
（2）通过对构造整体模型和独立模型的剖析可知：构造具有较高的冗余度，具有良好的防倒塌性能。
（3）在多遇地震浸染下，构造的绝对位移较小，在全楼弹性板的打算条件下，最大顶层位移角及层间位移角（按照柱端节点统计）均知足规范1/800的限值哀求，构造具有良好的抗侧刚度。
（4）通过打算剖析，构造各部位抗震性能知足设定的性能目标。
