某展示馆结构超限设计

作者:张莉 柴园园 王海强
单位:中国城市建设研究院有限公司
摘要:某展示馆工程建筑设计采用绿叶方舟乘风破浪的设计理念,建筑外立面变化复杂,多曲线形态且结构超长,通过合理的结构选型和计算分析,优化结构布置,对结构超限进行判断,并根据实际设计采取合理有效的结构超限措施。
关键词:建筑结构结构选型结构超限判断结构超限措施
作者简介:张莉,建筑院副总工程师,综合二部副主任,高级工程师,E-mail:908961470@qq.com;

 

1 工程概况

某展示馆工程位于吉林省白城市,建筑抗震设防类别为重点设防类(乙类),所在区域抗震设防烈度为7度(地震基本加速度0.10g),设计地震分组为第一组,建筑场地类别为Ⅱ类。展示馆东西向长约275m,南北向宽约132m。地上展厅部分为3层,建筑首层层高8.5m,2层层高7.0m,3层层高7.0~18.1m,建筑高度约33.6m,观景塔部分(核心筒)建筑高度约66.6m,局部设有地下室,地下室层高5.1m。建筑效果如图1所示。

图1 某展示馆效果

图1 某展示馆效果

 

2 结构选型与布置

本工程采用钢框架-支撑结构,底部3层框架为框架-少支撑结构,框架柱除大悬挑外的几个框架柱为钢管混凝土柱,其他均为钢柱,在观景塔底部3层东西侧根据建筑图适当布置支撑,以提高结构y向抗侧刚度,同时减缓结构扭转效应;观景塔为钢框架-支撑结构,观景塔底部3层外圈框架柱为钢管混凝土柱,在观景塔与底盘结构1层及2层连接处向外延伸一跨范围内楼板厚度为200mm,并设置楼面支撑,加强底盘结构对观景塔的约束作用。结构主楼钢支撑采用防屈曲耗能支撑,观景塔主楼采用普通钢支撑。

在观景塔3层以上的结构中,每隔5.25m设框架梁约束框架柱与支撑,因层高较高,导致框架柱弯矩很大,所以为减小弯矩而将观景塔的3层与4层分割。观景平台采用框架梁加支撑的结构布置形式,增加平台抗扭刚度。为保证观景塔顶部舒适度,利用塔顶处的消防水箱,设置TMD减振(震)系统。结构整体计算模型如图2所示。

3 结构超限判断

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》,本工程属于超限高层建筑,具体超限情况如表1,2所示。

图2 结构整体计算模型

图2 结构整体计算模型

 

表1 具有下列3项及以上不规则的高层建筑工程   

表1 具有下列3项及以上不规则的高层建筑工程

表2 具有下列某一项不规则的高层建筑工程   

表2 具有下列某一项不规则的高层建筑工程

4 结构超限措施

1)针对结构平面不规则和扭转不规则的特征,加强薄弱部位的抗侧刚度和性能目标。

2)针对楼板开大洞、楼板连接薄弱问题,采用弹性楼板进行分析,计算地震作用下的楼板应力,控制楼板在小震、中震、大震作用下的拉应力,加强薄弱部位楼板厚度和配筋,整体结构楼板采用双层双向配筋,增强楼板薄弱部位的抗侧力构件。

3)观景塔分别计算整体模型与只有塔上部模型的结构,取包络设计。

4)针对大跨度结构和悬挑结构,采用不同计算方法计算结构竖向地震作用。

5)单独分析和验算大跨度和悬挑楼面的舒适度,并单独分析和验算大跨度结构屋面的稳定性。

6)由于本工程楼板开大洞、楼板不连续等特点是结构超限最显著的特征,因此采用弹性楼板模型,重点分析结构在小震、中震和大震下的楼板应力分析,计算结果表明,除观景塔等剪力墙周边存在一定应力集中外,结构其他区域的楼板应力分布均匀。通过局部楼板加厚加强处理,可保证楼板在不同地震水准下均保持弹性。同时对整体结构的楼板采取双层双向配筋。

7)因属超长结构,重点分析结构的温度效应。通过对施工阶段分析,采取分段施工措施后,框架柱位移很小,同时应力比也在控制范围内。通过对使用阶段的分析,温度作用并不占主导作用,温度作用所占比例很小。

8)针对本工程中的大跨度悬挑结构,在复核结构强度、变形的情况下,同时校核结构舒适度,计算结果满足要求;针对建筑立面弧形造型要求,采用斜钢柱作为竖向承重结构和墙面支撑结构,同时对所有斜柱进行不同地震水准下的性能目标分析,计算结果表明斜柱具有良好的抗震性能。

9)针对屋面大跨度屋盖结构,采用平面管桁架结构方案,设置2个方向的主次桁架;屋面桁架布置依据建筑屋面造型确定,所有桁架支撑在剪力墙和框架柱顶;通过设置桁架水平支撑,使桁架具有良好的稳定性能,非线性稳定分析结果表明,屋盖结构的稳定性远高于规范要求。对大跨屋面空间结构中个别关键构件的防连续倒塌设计进行计算,增加关键构件及其附件构件的冗余度。

5 结语

通过合理的结构方案选型、结构布置、不同计算软件和计算模型的分析与对比,结构位移比、位移角、剪重比、稳定性、塔的舒适度、构件应力比及构件设计等均满足规范要求。通过对结构超限采取相应措施,结构具有良好的抗震性能。

 

 

参考文献[1] 中国建筑科学研究院.建筑抗震设计规范:GB 50011—2010(2016年版)[S].北京:中国建筑工业出版社,2016.

[2] 中国建筑科学研究院.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.

[3] 中国建筑标准设计研究院有限公司.高层民用建筑钢结构技术规程:JGJ 99—2015[S].北京:中国建筑工业出版社,2015.

[4]中国建筑科学研究院.空间网格结构技术规程:JGJ 7—2010[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[5] 中国建筑科学研究院.建筑工程抗震设防分类标准:GB5022—2008[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.
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