論泰山會(huì)展中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

陳應(yīng)專

摘要：泰山會(huì)展中心位于泰安市，混凝土樓面不設(shè)縫，屬于超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，鋼屋蓋為矩形平面，根據(jù)建筑要求并考慮綜合造價(jià)，設(shè)置兩道伸縮縫，展廳部分采用了經(jīng)濟(jì)性較好的大跨度空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，大廳部分采用建筑效果較好的鋼桁架結(jié)構(gòu)。根據(jù)本工程特點(diǎn)，采用了鑄鋼球鉸抗震支座、超長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)溫度內(nèi)力釋放等新技術(shù)。

關(guān)鍵詞：會(huì)展中心 伸縮縫 鑄鋼球鉸支座 V型撐

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

中圖分類號(hào)：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

1. 工程概況

泰山會(huì)展中心位于泰安市泰山區(qū)財(cái)源街道辦事處，南鄰泰山大街，處于望岳東路與望岳西路之間，是山東省泰安市泰安城市總體規(guī)劃確定的時(shí)代發(fā)展軸二期工程的主體項(xiàng)目。會(huì)展中心北面擬建4棟高約150m的高層塔樓，分別為配套五星級(jí)酒店、配套商務(wù)辦公樓以及會(huì)展商住樓。泰山會(huì)展中心建筑立面造型設(shè)計(jì)成“盛世金鼎”，一共由四個(gè)金鼎組成，頂部由屋面板相連成一個(gè)整體，四周立面為鋁合金幕墻，會(huì)展中心整體長(zhǎng)220m，寬178m，屋面高度約23.2m，四個(gè)鼎的頂部女兒墻最高處為28.2m，如圖1所示。

會(huì)展中心共二層(另有兩層局部夾層)，一層地下室，總建筑面積：80743m2，首層層高8.0m，二層層高13.1m。主體結(jié)構(gòu)使用年限50年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)一級(jí)，抗震設(shè)防烈度6度，抗震設(shè)防措施采用的設(shè)防烈度為7度。樓層采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋蓋采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和鋼桁架結(jié)構(gòu)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，采用人工挖孔樁及沖孔灌注樁，樁徑為。保玻埃啊。玻擔(dān)埃啊

2. 風(fēng)洞試驗(yàn)

泰山會(huì)展中心屋蓋為大跨度柔性屋面，體型巨大且不規(guī)則。屋蓋采用鋼網(wǎng)架及鋼桁架，建筑屬風(fēng)敏感柔性結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)自振周期與自然風(fēng)的卓越周期較接近且阻尼比較小，因而風(fēng)荷載成為控制屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要荷載。我國(guó)現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2006）對(duì)于這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的風(fēng)振系數(shù)沒有給出相應(yīng)的數(shù)據(jù)和計(jì)算方法。為了保證該建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全、經(jīng)濟(jì)、合理，有必要進(jìn)行建筑物表面風(fēng)壓的風(fēng)洞模擬試驗(yàn)和屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)振系數(shù)的有限元計(jì)算。試驗(yàn)通過(guò)業(yè)主委托廣東省建筑科學(xué)研究院進(jìn)行，試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎每s尺比1：150的剛體模型，如圖2所示。

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)點(diǎn)的合理布置是取得詳細(xì)、有效、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)的關(guān)鍵之一。根據(jù)體型特點(diǎn)，屋蓋上表面部分分為17 個(gè)分區(qū)，屋蓋懸挑屋蓋下表面部分分為8 個(gè)分區(qū)，這樣分區(qū)的主要原因是屋蓋各邊緣部分的風(fēng)振特性差異較大，將其獨(dú)立出來(lái)得到的分區(qū)風(fēng)振系數(shù)更為合理。在會(huì)展中心的屋面、四周立面及頂部女兒墻布置有代表性的測(cè)壓點(diǎn)測(cè)試風(fēng)壓分布，共布置測(cè)點(diǎn)806個(gè)。

2.2 有限元計(jì)算及試驗(yàn)結(jié)果

屋蓋豎向最大動(dòng)位移的結(jié)點(diǎn)基本上位于懸挑屋蓋端部和遠(yuǎn)離支座的屋蓋中部，這些位置的豎向靜位移也很大。屋蓋響應(yīng)的能量主要集中在低頻部分和前兩階共振響應(yīng)，另外由于北面遠(yuǎn)處為泰山，通過(guò)CFD模擬后發(fā)現(xiàn)在90°和270°風(fēng)向時(shí)，會(huì)展中心表面風(fēng)壓有所增大，這說(shuō)明該類型屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)致振動(dòng)主要受背景響應(yīng)和前幾階共振響應(yīng)影響大。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，泰山會(huì)展中心屋面上表面基本分布為負(fù)壓，中部較為均勻，迎風(fēng)邊緣負(fù)壓較大，應(yīng)引起足夠重視，防止圍護(hù)結(jié)構(gòu)首先從該部位發(fā)生局部破壞。屋面局部區(qū)域在某些風(fēng)向下出現(xiàn)正壓（與圖3豎向呈15度角的風(fēng)向正壓最大），主要受屋面女兒墻影響，出現(xiàn)在屋面女兒墻內(nèi)部的屋面區(qū)域。屋面下表面在迎風(fēng)時(shí)為正壓，側(cè)背風(fēng)時(shí)多為負(fù)壓。四周立面的風(fēng)壓分布規(guī)律為：迎風(fēng)面分布為正壓；側(cè)風(fēng)面負(fù)壓較大，靠近來(lái)流拐角區(qū)域較大，沿氣流方向逐漸變小至均勻分布；背風(fēng)面一般分布為均勻負(fù)壓。

3. 樓面混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 樓面結(jié)構(gòu)布置

本工程屬于超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，混凝土樓面為186m×144m矩形平面。地下一層為地下車庫(kù)兼人防地下室，首層至二層左下部分為綜合展廳，左上部為劇場(chǎng)；中間為入口大廳；右側(cè)首層及二

層均為常年展廳，兩端及各功能區(qū)間之間條形區(qū)域作為設(shè)備功能房。展廳一般要求有較大的規(guī)整空間，此外，多層建筑承受的水平力也不大，樓面采用現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，設(shè)備功能房處局部加剪力墻，作為抗震設(shè)防第二道防線。

首層樓面（圖4）荷載較大，且大部分為人防地下室頂板，柱網(wǎng)為9m×10m，二層樓面（圖5）展廳部分柱網(wǎng)為18m×20m，設(shè)備功能房柱網(wǎng)為6m×9m。由于展廳樓面荷載較大且跨度較大，受層高限制且從經(jīng)濟(jì)性考慮，框架梁采用有粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)；次梁盡可能按井字梁布置，并采用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。二層大開洞，通過(guò)加強(qiáng)洞邊梁、柱及局部加厚樓板增強(qiáng)平面整體性。

3.2 樓面結(jié)構(gòu)抗溫度應(yīng)力措施

考慮建筑裝修感官、止水防滲、保溫隔聲等功能的影響，混凝土樓面不設(shè)縫。混凝土收縮、溫度變化引起的脹縮變形及大開洞導(dǎo)致的局部應(yīng)力集中等不利因素是超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，除采用合適的基礎(chǔ)形式減小基礎(chǔ)沉降差外，本工程采取了以下措施：

每隔約50米設(shè)一條后澆帶以減小混凝土初期收縮應(yīng)力；

各層樓面采用部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁，地下室底板、頂板及二層樓板設(shè)置雙層雙向無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，施加預(yù)應(yīng)力以提高受力性能、抗裂性能和減小撓度；

加強(qiáng)大開洞邊樓板厚度及配筋，避免局部應(yīng)力集中導(dǎo)致的樓板開裂。

溫度應(yīng)力的計(jì)算采用MIDAS整體模型按彈性假定進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，由于混凝土工作于彈塑性狀態(tài)，溫差效應(yīng)隨著混凝土的徐變及收縮，很大一部分的溫度內(nèi)力會(huì)得以消減，參考文獻(xiàn)[2]，溫度內(nèi)力計(jì)算時(shí)采用0.35的綜合折減系數(shù)。

4. 屋蓋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

屋蓋為矩形平面，根據(jù)建筑要求并考慮綜合造價(jià)，設(shè)兩道縫，采用不同的結(jié)構(gòu)體系，如圖6所示。展廳部分（A,C區(qū)）采用經(jīng)濟(jì)性較好的大跨度空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，最大跨度為54m×66m，四周懸挑跨度約17m，采用焊接球節(jié)點(diǎn)。大廳部分（B區(qū)）采用建筑效果較好的鋼桁架結(jié)構(gòu)，橫向最大柱距為24m，縱向最大柱距為36m，兩端懸挑跨度21.5m，為保證屋蓋的整體性，在屋蓋柱頂設(shè)置橫向桁架，保證可靠傳遞水平力。

為執(zhí)行國(guó)家建筑技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，積極推廣建設(shè)部推廣的建筑十大新技術(shù)，結(jié)合本工程的實(shí)際情況，在保證工程總造價(jià)不超出投資限額的情況下積極推廣使用建筑新技術(shù)和新材料，本工程鋼屋蓋設(shè)計(jì)主要采用了以下兩項(xiàng)新技術(shù)。

（a） 鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件均為二力桿，要求支座構(gòu)造盡量接近理想鉸，而風(fēng)荷載和溫度荷載產(chǎn)生了

較大的上拔力及水平剪力。本工程采用比較符合實(shí)際受力性能的鑄鋼球鉸抗震支座，可有效釋放次彎矩，使節(jié)點(diǎn)受力可靠合理，如圖7所示。

（b） 超長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)溫度內(nèi)力釋放技術(shù)

屋面橫向不分縫，屋面鋼結(jié)構(gòu)的橫向長(zhǎng)度為114m，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)仍會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力。對(duì)于超長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)，在不分縫的條件下，通過(guò)設(shè)置V型撐，使得鉸接支座下移，遠(yuǎn)離網(wǎng)架中性軸，在保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下，減小了鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)間的相互約束剛度，通過(guò)自身的變形使得溫度內(nèi)力大為降低。V型撐設(shè)置如圖8所示。

5. 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

工程場(chǎng)地位于華北斷塊區(qū)的東南部，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境涉及膠遼斷塊(山東部分稱魯東斷塊)、魯西斷塊、冀東—渤海斷塊、徐淮斷塊和蘇北—膠南斷塊。在場(chǎng)區(qū)內(nèi)分布北西向斷層破碎帶，斜穿場(chǎng)區(qū)，寬度約20~30m，斷層破碎帶最厚達(dá)27m，并將場(chǎng)區(qū)分為地質(zhì)情況差別較大的兩大部分，一部位為薄填土區(qū)，底部巖層為中風(fēng)化頁(yè)巖及微風(fēng)化石灰?guī)r；另一部分為厚填土區(qū)，最厚填土達(dá)22m，底部巖層為微風(fēng)化石灰?guī)r，巖溶裂隙較發(fā)育。

本工程從安全及經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，采用樁（墩）基，解決場(chǎng)地地質(zhì)條件差別較大的問(wèn)題。在薄填土土區(qū)，根據(jù)巖層的深淺，采用人工挖孔樁（墩）基，采用巖石抗拔錨桿作為抗浮措施；厚填土區(qū)域采用沖孔灌注樁，根據(jù)超前鉆結(jié)果，保證樁端穿過(guò)溶洞區(qū)域；斷層破碎帶較厚區(qū)域，綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)及施工因素，采用石灰?guī)r破碎帶巖層為持力層并部分利用斷層破碎帶巖層的樁身摩阻力的沖孔灌注樁。由于基本為單樁單柱，適當(dāng)增加了厚填土區(qū)域及斷層破碎帶區(qū)域的超前鉆鉆點(diǎn)，避免持力層巖面傾斜、溶洞、軟弱夾層、沖孔施工障礙物等不良地質(zhì)情況的影響。

6. 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，全國(guó)大型場(chǎng)館、會(huì)展等大型公共建筑建設(shè)正如火如荼的進(jìn)行，為執(zhí)行國(guó)家建筑技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，應(yīng)積極創(chuàng)新及推廣新技術(shù)的應(yīng)用，為國(guó)家建設(shè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

本工程根據(jù)使用要求，選擇合理的結(jié)構(gòu)型式，采用不同的結(jié)構(gòu)布置，力求受力合理、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，滿足結(jié)構(gòu)在施工和使用期間的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求及使用要求。為滿足樓層建筑功能要求，樓面采用預(yù)應(yīng)力筋“抗”，屋面采用溫度縫及V型撐“放”的方式，解決超長(zhǎng)溫度應(yīng)力的問(wèn)題，這些經(jīng)驗(yàn)可供設(shè)計(jì)建造同類工程時(shí)參考。

參考文獻(xiàn)

[1]張相庭.工程抗風(fēng)設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)，1998.

[2]王鐵夢(mèng).?工程結(jié)構(gòu)裂縫控制，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.4

[3]宋曼華、柴昶、武人岱. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算，1999

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