孝感市文化中心复杂超限结构设计_谢黎明.pdf
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1、第 53 卷 第 13 期2023 年 7 月上建 筑 结 构Building StructureVol.53 No.13Jul.2023DOI:10.19701/j.jzjg.LS202126 第第一一作作者者:谢黎明,硕士,高级工程师,一级注册结构工程师,注册土木工程师,主要从事建筑结构设计研究,Email:740666146 。孝感市文化中心复杂超限结构设计谢黎明,刘 昶,邱 剑(中信建筑设计研究总院有限公司,武汉 430014)摘要:孝感市文化中心平面为椭圆形,且平面尺寸从下至上逐层扩大,是倒悬外挑结构。为解决结构外围设置钢筋混凝土斜柱、各层楼板开大洞、A、B 座顶部结构相连等结构设计
2、难题,提出以下加强措施:在与斜柱相交的内侧框架梁内设置预应力钢绞线从而简化力学模型确定楼板配筋;加强混凝土斜柱节点构造;A、B 座相连的门厅通高区域柱顶设置混凝土拉梁形成水平桁架;A、B 座屋盖采用曲面四角锥网架结构;A、B 座之间钢雨棚采用双向交叉布置的管形翼缘钢梁。结果表明,普通钢筋混凝土斜柱方案采取上述措施后用于倒悬外挑结构可达到经济高效、安全可靠的目的;管形翼缘钢梁应用于曲面结构可实现经济美观、受力合理、与建筑造型高度统一的结构,取得良好的综合效益。关键词:钢筋混凝土斜柱;预应力钢绞线;水平桁架;曲面四角锥网架;管形翼缘钢梁 中图分类号:TU318 文献标志码:A文章编号:1002-8
3、48X(2023)13-0046-06引用本文 谢黎明,刘昶,邱剑.孝感市文化中心复杂超限结构设计J.建筑结构,2023,53(13):46-51.XIE Liming,LIU Chang,QIU Jian.Design of complex out-of-code structure for Xiaogan Cultural Center J.Building Structure,2023,53(13):46-51.Design of complex out-of-code structure for Xiaogan Cultural Center XIE Liming,LIU Chang,
4、QIU Jian(Citic General Institute of Architectural Design and Research Co.,Ltd.,Wuhan 430014,China)Abstract:The plane of Xiaogan Cultural Center is oval,and the plane size expands layer by layer from bottom to top,which is an inverted overhanging structure.To solve the complex structural design probl
5、ems of inclining reinforced-concrete-columns selected at the periphery,large holes opened in floor slab,and the top structure collected between building-A and building-B,the following strengthening measures were proposed.The prestressed steel strand was set in the inner frame beam intersecting the i
6、nclined column to simplify the mechanical model and determine the floor reinforcement.Concrete inclined column joint structure was reinforced.The top of the column in the double-height area of the hall connected by building-A and building-B was set with concrete beam to form a horizontal truss.The r
7、oof of building-A and building-B adopts curved quadrangular pyramidal grid structure.The steel awning between building-A and building-B adopts bidirectional cross arrangement of tubular flange steel beam.The results show that the ordinary inclining reinforced-concrete-columns scheme,after taking tho
8、se measures,can achieve the goals of economic efficiency,safety,and reliability when used for inverted overhanging structures.The application of tubular flange steel beam in curved structures can achieve economic aesthetics,reasonable stress,and highly unified structures with architectural design,ac
9、hieving good comprehensive benefits.Keywords:inclining reinforced-concrete-column;prestressed steel strand;horizontal truss;curved quadrangular pyramidal grid;tubular flange steel beam 1工程概况 孝感市文化中心位于孝感市东城新区,项目总建筑面积 134 411m2,孝感市文化中心以“大孝无形血脉相连”作为设计构思,由十大功能模块、三组建筑单元、六座主题场馆通过 6m 标高大平台连接形成一个整体建筑群,承托于大平
10、台上的 6 个“水滴形”建筑单体形如“大珠小珠落玉盘”,高低错落、形象生动,其鸟瞰图见图 1。上部建筑的 6 个单体平面分区如图 2 所示。本工程设有一层连通的地下室,上部结构嵌固部位为地下室顶板,A、B 座的 2 层平台及屋盖结构均连为一体,C 座与 D 座、E 座与 F 座的 2 层平台结构分别连为一体,2 层以上结构平面呈椭圆形,逐层倒悬外挑,平面尺寸逐层扩大,4 层达到最大平面尺第 53 卷 第 13 期谢黎明,等.孝感市文化中心复杂超限结构设计图 1 孝感市文化中心鸟瞰图图 2 孝感市文化中心平面分区示意图寸。由于各栋建筑造型相似,结构处理方式相同,本文以 A、B 座为例进行阐述。A
11、 座地上 5 层,层高从下 往 上 依 次 为 6、6、6、6、5.4m,1 层 平 面 长86.93m、宽 62.7m,4 层平面长 98.2m、宽 73.3m,基本柱网尺寸为 9m9m,最大柱网尺寸为 28m36m。B 座地上 5 层,层高从下往上依次为 6、5.4、5.4、5.4、4.5m,1 层平面长 65.9m、宽 44.9m,4 层平面长72.3m、宽 51.7m,基本柱网尺寸为 9m9m,最大柱网尺寸为 35.6m27m。A、B 座典型剖面见图 3。图 3 孝感文化中心 A、B 座典型剖面图2主要设计参数 A、B 座剧场座位数共 1 218 座,建筑结构安全等级为一级,结构重要性
12、系数为 1.1;地基基础设计等级、桩基设计等级均为甲级;孝感市的抗震设防烈度为 6 度,设计基本地震加速度为 0.05g,设计地震分组为第一组,场地类别为类,特征周期 Tg及设防水准最大地震影响系数 max分别为 0.45s 和0.077 7(安评报告取值)。根据建筑工程抗震设防分类标准(GB 502232008),本项目抗震设防类别为重点设防类,按 6 度进行抗震计算分析,按 7 度采取抗震措施,钢筋混凝土框架的抗震等级为二级。3主体结构设计3.1 基础及地下室 本工程采用静压式预应力管桩基础,以层圆砾夹卵石作为桩基持力层,由于上部混凝土斜柱逐层倒悬外挑,荷载在 2 层外圈柱上较集中,较多单
13、柱承台下布置 1216 根桩,对应上部混凝土斜柱倾斜最大处的单柱承台下最多布置 20 根桩。本工程 6个单体地下设 1 层连通的非人防地下室,地下室最大平面尺寸约 350m160m,由于上部大范围设置室外 2 层平台,为提升经济性,地下室顶板取消普遍覆土,仅局部顶板板面降低 1.21.5m,作为排水管的铺设通道。3.2 上部结构设计 工程上部采用钢筋混凝土框架结构,圆柱直径为 8001 200mm,主梁截面尺寸为 4008004001 200。2 层 A、B 座连为整体,2 层以上 A、B 座结构外围设钢筋混凝土斜柱,斜柱直径 800mm。在屋顶A、B 座通过曲面四角锥钢网架连为一体。根据上部
14、结构竖向布置“底合-中分-顶合”的特点,结构设计采用以下思路:1)对 2 层结构刚度进行加强,提高整体性,为上部各单体提供稳定可靠的“底座”;2)3 层至屋顶以下,A、B 座分开且分别设置斜柱,通过设置预应力钢绞线、增大斜柱内侧的楼板配筋,加强 A、B 座自身的整体性和抗侧能力;3)屋顶 A、B座重新连为一体,通过加强 A、B 座之间屋盖连接构件和增设水平桁架加强 A、B 座屋盖的连接支座,增强结构整体抗侧能力。3.3 上部结构抗震性能目标 A、B 座抗震设防类别为重点设防类,相应地取结构抗震性能目标为 C 级。由于钢筋混凝土斜柱的特殊性和重要性,在满足性能目标 C 级的基础上,按 建筑抗震设
15、计规范(GB 500112010)(2016 年版)1(简称抗规)设计参数计算时,中震74建 筑 结 构2023 年保持弹性、大震保持不屈服。各构件抗震设防性能目标具体内容见表 1。表 1 抗震设防性能目标地震水准多遇地震设防地震罕遇地震性能水准134宏观损坏程度无损坏轻度损坏中度损坏结构工作特性保持弹性允许次要构件屈服允许进入塑性层间位移角限值1/5001/2501/138继续使用的可能性无需修理可继续使用一般修理后才可继续使用修复或加固后才可继续使用普通竖向构件保持弹性部分轻微损坏中度损坏,部分比较严重关键构件钢筋混凝土斜柱保持弹性保持弹性不屈服内侧与斜柱相连的直柱保持弹性保持弹性不屈服耗
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