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论泰山会展中心结构设计

2012-03-23陈应专

城市建设理论研究 2012年4期
关键词:伸缩缝会展中心

陈应专

摘要:泰山会展中心位于泰安市,混凝土楼面不设缝,属于超长结构,钢屋盖为矩形平面,根据建筑要求并考虑综合造价,设置两道伸缩缝,展厅部分采用了经济性较好的大跨度空间网架结构,大厅部分采用建筑效果较好的钢桁架结构。根据本工程特点,采用了铸钢球铰抗震支座、超長钢结构温度内力释放等新技术。

关键词:会展中心 伸缩缝 铸钢球铰支座 V型撑

Abstract: mount taishan exhibition centre, located at the TaiAnShi, do not set concrete floor seam, belong to the super-long structure, steel roof for rectangular plane, according to the architectural requirements and consider the comprehensive cost, set two word expansion joint, the exhibition hall part adopts the economy better long-span space grid structure, the hall of the building effect good steel truss structure. According to the features of the project, the cast steel ball joints seismic bearing, super ChangGang structure of internal force of the new technology such as temperature release.

Keywords: exhibition center is adjustable seam cast steel ball joints bearing V type on

中图分类号:TU318文献标识码:A文章编号:

1. 工程概况

泰山会展中心位于泰安市泰山区财源街道办事处,南邻泰山大街,处于望岳东路与望岳西路之间,是山东省泰安市泰安城市总体规划确定的时代发展轴二期工程的主体项目。会展中心北面拟建4栋高约150m的高层塔楼,分别为配套五星级酒店、配套商务办公楼以及会展商住楼。泰山会展中心建筑立面造型设计成“盛世金鼎”,一共由四个金鼎组成,顶部由屋面板相连成一个整体,四周立面为铝合金幕墙,会展中心整体长220m,宽178m,屋面高度约23.2m,四个鼎的顶部女儿墙最高处为28.2m,如图1所示。

会展中心共二层(另有两层局部夹层),一层地下室,总建筑面积:80743m2,首层层高8.0m,二层层高13.1m。主体结构使用年限50年,建筑结构安全等级一级,抗震设防烈度6度,抗震设防措施采用的设防烈度为7度。楼层采用现浇钢筋混凝土框架结构,屋盖采用钢网架结构和钢桁架结构,地基基础设计等级为甲级,采用人工挖孔桩及冲孔灌注桩,桩径为。保玻埃啊。玻担埃啊

2. 风洞试验

泰山会展中心屋盖为大跨度柔性屋面,体型巨大且不规则。屋盖采用钢网架及钢桁架,建筑属风敏感柔性结构,结构自振周期与自然风的卓越周期较接近且阻尼比较小,因而风荷载成为控制屋盖结构设计的主要荷载。我国现行《建筑结构荷载规范》(GB50009-2006)对于这种复杂结构的风振系数没有给出相应的数据和计算方法。为了保证该建筑结构设计的安全、经济、合理,有必要进行建筑物表面风压的风洞模拟试验和屋盖结构风振系数的有限元计算。试验通过业主委托广东省建筑科学研究院进行,试验模型采用缩尺比1:150的刚体模型,如图2所示。

2.1 测点布置

测点的合理布置是取得详细、有效、准确的数据的关键之一。根据体型特点,屋盖上表面部分分为17 个分区,屋盖悬挑屋盖下表面部分分为8 个分区,这样分区的主要原因是屋盖各边缘部分的风振特性差异较大,将其独立出来得到的分区风振系数更为合理。在会展中心的屋面、四周立面及顶部女儿墙布置有代表性的测压点测试风压分布,共布置测点806个。

2.2 有限元计算及试验结果

屋盖竖向最大动位移的结点基本上位于悬挑屋盖端部和远离支座的屋盖中部,这些位置的竖向静位移也很大。屋盖响应的能量主要集中在低频部分和前两阶共振响应,另外由于北面远处为泰山,通过CFD模拟后发现在90°和270°风向时,会展中心表面风压有所增大,这说明该类型屋盖结构的风致振动主要受背景响应和前几阶共振响应影响大。

根据试验结果,泰山会展中心屋面上表面基本分布为负压,中部较为均匀,迎风边缘负压较大,应引起足够重视,防止围护结构首先从该部位发生局部破坏。屋面局部区域在某些风向下出现正压(与图3竖向呈15度角的风向正压最大),主要受屋面女儿墙影响,出现在屋面女儿墙内部的屋面区域。屋面下表面在迎风时为正压,侧背风时多为负压。四周立面的风压分布规律为:迎风面分布为正压;侧风面负压较大,靠近来流拐角区域较大,沿气流方向逐渐变小至均匀分布;背风面一般分布为均匀负压。

3. 楼面混凝土结构设计

3.1 楼面结构布置

本工程属于超长结构,混凝土楼面为186m×144m矩形平面。地下一层为地下车库兼人防地下室,首层至二层左下部分为综合展厅,左上部为剧场;中间为入口大厅;右侧首层及二

层均为常年展厅,两端及各功能区间之间条形区域作为设备功能房。展厅一般要求有较大的规整空间,此外,多层建筑承受的水平力也不大,楼面采用现浇混凝土框架结构,设备功能房处局部加剪力墙,作为抗震设防第二道防线。

首层楼面(图4)荷载较大,且大部分为人防地下室顶板,柱网为9m×10m,二层楼面(图5)展厅部分柱网为18m×20m,设备功能房柱网为6m×9m。由于展厅楼面荷载较大且跨度较大,受层高限制且从经济性考虑,框架梁采用有粘结部分预应力结构;次梁尽可能按井字梁布置,并采用无粘结预应力结构。二层大开洞,通过加强洞边梁、柱及局部加厚楼板增强平面整体性。

3.2 楼面结构抗温度应力措施

考虑建筑装修感官、止水防渗、保温隔声等功能的影响,混凝土楼面不设缝。混凝土收缩、温度变化引起的胀缩变形及大开洞导致的局部应力集中等不利因素是超长结构的设计难点,除采用合适的基础形式减小基础沉降差外,本工程采取了以下措施:

每隔约50米设一条后浇带以减小混凝土初期收缩应力;

各层楼面采用部分预应力混凝土梁,地下室底板、顶板及二层楼板设置双层双向无粘结预应力筋,施加预应力以提高受力性能、抗裂性能和减小挠度;

加强大开洞边楼板厚度及配筋,避免局部应力集中导致的楼板开裂。

温度应力的计算采用MIDAS整体模型按弹性假定进行内力计算,由于混凝土工作于弹塑性状态,温差效应随着混凝土的徐变及收缩,很大一部分的温度内力会得以消减,参考文献[2],温度内力计算时采用0.35的综合折减系数。

4. 屋盖钢结构设计

屋盖为矩形平面,根据建筑要求并考虑综合造价,设两道缝,采用不同的结构体系,如图6所示。展厅部分(A,C区)采用经济性较好的大跨度空间网架结构,最大跨度为54m×66m,四周悬挑跨度约17m,采用焊接球节点。大厅部分(B区)采用建筑效果较好的钢桁架结构,横向最大柱距为24m,纵向最大柱距为36m,两端悬挑跨度21.5m,为保证屋盖的整体性,在屋盖柱顶设置横向桁架,保证可靠传递水平力。

为执行国家建筑技术经济政策,积极推广建设部推广的建筑十大新技术,结合本工程的实际情况,在保证工程总造价不超出投资限额的情况下积极推广使用建筑新技术和新材料,本工程钢屋盖设计主要采用了以下两项新技术。

(a) 钢结构节点设计

网架结构杆件均为二力杆,要求支座构造尽量接近理想铰,而风荷载和温度荷载产生了

较大的上拔力及水平剪力。本工程采用比较符合实际受力性能的铸钢球铰抗震支座,可有效释放次弯矩,使节点受力可靠合理,如图7所示。

(b) 超长钢结構温度内力释放技术

屋面横向不分缝,屋面钢结构的横向长度为114m,对于钢结构仍会产生较大的温度应力。对于超长钢结构,在不分缝的条件下,通过设置V型撑,使得铰接支座下移,远离网架中性轴,在保证结构稳定的前提下,减小了钢结构和混凝土结构间的相互约束刚度,通过自身的变形使得温度内力大为降低。V型撑设置如图8所示。

5. 地基基础设计

工程场地位于华北断块区的东南部,区域地质构造环境涉及胶辽断块(山东部分称鲁东断块)、鲁西断块、冀东—渤海断块、徐淮断块和苏北—胶南断块。在场区内分布北西向断层破碎带,斜穿场区,宽度约20~30m,断层破碎带最厚达27m,并将场区分为地质情况差别较大的两大部分,一部位为薄填土区,底部岩层为中风化页岩及微风化石灰岩;另一部分为厚填土区,最厚填土达22m,底部岩层为微风化石灰岩,岩溶裂隙较发育。

本工程从安全及经济的角度出发,采用桩(墩)基,解决场地地质条件差别较大的问题。在薄填土土区,根据岩层的深浅,采用人工挖孔桩(墩)基,采用岩石抗拔锚杆作为抗浮措施;厚填土区域采用冲孔灌注桩,根据超前钻结果,保证桩端穿过溶洞区域;断层破碎带较厚区域,综合考虑安全、经济及施工因素,采用石灰岩破碎带岩层为持力层并部分利用断层破碎带岩层的桩身摩阻力的冲孔灌注桩。由于基本为单桩单柱,适当增加了厚填土区域及断层破碎带区域的超前钻钻点,避免持力层岩面倾斜、溶洞、软弱夹层、冲孔施工障碍物等不良地质情况的影响。

6. 结语

随着我国经济的高速发展,全国大型场馆、会展等大型公共建筑建设正如火如荼的进行,为执行国家建筑技术经济政策,应积极创新及推广新技术的应用,为国家建设创造更大的经济价值。

本工程根据使用要求,选择合理的结构型式,采用不同的结构布置,力求受力合理、安全可靠、经济合理,满足结构在施工和使用期间的强度、刚度和稳定性要求及使用要求。为满足楼层建筑功能要求,楼面采用预应力筋“抗”,屋面采用温度缝及V型撑“放”的方式,解决超长温度应力的问题,这些经验可供设计建造同类工程时参考。

参考文献

[1]张相庭.工程抗风设计计算手册,1998.

[2]王铁梦. 工程结构裂缝控制,中国建筑工业出版社,2000.4

[3]宋曼华、柴昶、武人岱. 钢结构设计与计算,1999

注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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