靖江市文化中心大跨度樓面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、靖江市文化中心大跨度樓面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 工程概況靖江市文化中心用地面積11.2萬，建筑總面積14.3萬，從建筑功能上分為商業(yè)區(qū)、劇場區(qū)及高層文化區(qū)，東西長364.2m，南北寬128.7m，建筑效果如圖1所示。建筑物屋頂標(biāo)高47.5m，地下1層，層高6m，混凝土結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)以8.5m×8.5m為主。圖1 建筑效果圖結(jié)構(gòu)分為兩大部分，在結(jié)構(gòu)分縫處，商業(yè)區(qū)、劇場區(qū)為高層文化區(qū)的樓板提供豎向支承，結(jié)構(gòu)分區(qū)如圖2所示。圖2結(jié)構(gòu)分區(qū)圖大跨度樓面結(jié)構(gòu)位于商業(yè)區(qū)、劇場區(qū)，樓面的功能為商場，該部分結(jié)構(gòu)平面形狀復(fù)雜且有復(fù)雜造型的次結(jié)構(gòu)附屬在商業(yè)區(qū)上，從大跨度樓面延伸至室外地面。建筑造型新穎別致，具有強(qiáng)烈視覺沖

2、擊效果，遠(yuǎn)看像一個(gè)裝滿集裝箱的巨大貨輪，與靖江的本土航運(yùn)文化相得益彰。商業(yè)區(qū)、劇場區(qū)樓面結(jié)構(gòu)最大跨度為101.3m，結(jié)構(gòu)高度僅有6.3m，跨高比約為1/16。鋼桁架范圍外的其他樓面通過次鋼桁架往外懸挑，最大懸挑長度為17.5m。2 結(jié)構(gòu)體系本工程大跨度樓面結(jié)構(gòu)主要由四個(gè)暗藏鋼桁架的混凝土核心筒支承，結(jié)構(gòu)冗余度較少，屬超長結(jié)構(gòu)。如何解決抗連續(xù)性倒塌設(shè)計(jì)和溫度效應(yīng)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。大跨度樓面結(jié)構(gòu)最大的特點(diǎn)為承受的荷載較大。豎向荷載為大跨度樓面結(jié)構(gòu)的控制荷載，溫度效應(yīng)和地震作用通過采用有效的支座布置形式并附加消能減震措施可得到有效控制。為解決商業(yè)區(qū)樓面結(jié)構(gòu)跨度大、懸挑結(jié)構(gòu)較長產(chǎn)生的不平衡力，在

3、樓面設(shè)置雙榀桁架，有效將因樓面懸挑產(chǎn)生的傾覆彎矩轉(zhuǎn)換成雙榀桁架的一拉一壓豎向荷載，避免單榀桁架受扭，桁架及核心筒布置見圖3。圖3 桁架及核心筒布置圖及剖面圖商業(yè)區(qū)、劇場區(qū)建筑功能復(fù)雜，在核心筒2與核心筒4上的上部結(jié)構(gòu)無法與核心筒脫開，故商業(yè)區(qū)樓面主桁架1,3與核心筒2,4內(nèi)藏的鋼骨桁架剛接，同時(shí)通過支座支承于核心筒1，3頂面。核心筒1,3處支座選型是實(shí)現(xiàn)大跨度樓面結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素之一。通過比選，優(yōu)選支座形式為：核心筒3頂面為雙向滑動球鉸支座，樓面結(jié)構(gòu)通過兩個(gè)方向的阻尼器向核心筒3傳遞地震作用；核心筒1頂面同樣設(shè)置雙向滑動球鉸支座，但在核心筒和主桁架間附加水平剛性連桿，通過水平連桿將水平力從樓面結(jié)

4、構(gòu)傳向核心筒1，具體構(gòu)造如圖4所示。圖4 核心筒1處主桁架支座示意圖選取三個(gè)方案(圖5)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析對比。經(jīng)研究決定，最終選擇方案1作為實(shí)施方案。支座方案1既有效釋放了超長結(jié)構(gòu)的溫度作用，又通過附加消能減震裝置、水平剛性連桿將地震作用傳遞到核心筒上。整體分析時(shí)，方案1核心筒2,4處存在拔力，同時(shí)還需要滿足萬向轉(zhuǎn)動和水平滑動，設(shè)計(jì)時(shí)考慮在施工過程中采用實(shí)現(xiàn)不同支座分批就位的方式，消除了拔力支座，將所有桁架支座均控制為壓力支座。圖5 三種支座方案3 抗連續(xù)性倒塌設(shè)計(jì)本工程安全等級為一級，按照高規(guī)對抗連續(xù)性倒塌設(shè)計(jì)的要求，采用拆除構(gòu)件的方法進(jìn)行抗連續(xù)性倒塌設(shè)計(jì)?？惯B續(xù)性倒塌采用了如下概念設(shè)計(jì)：1）

5、在核心筒2，4處，將樓面桁架與核心筒內(nèi)鋼桁架剛接提高結(jié)構(gòu)冗余度；2）在樓面結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置空間桁架，結(jié)合建筑隔墻設(shè)置短向桁架，提高空間主桁架的整體性；3）桁架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力水平低于構(gòu)件；4）通過拆除構(gòu)件或假想構(gòu)件出鉸（圖6，7）的方式，模擬在偶然事件發(fā)生時(shí)，結(jié)構(gòu)能繼續(xù)承載，并滿足高規(guī)要求。圖6 拆除主桁架支座處腹桿示意圖圖7 樓面桁架剛接端出現(xiàn)塑性鉸4 樓面舒適度商業(yè)區(qū)、劇場區(qū)結(jié)構(gòu)跨高比較小，各主桁架樓面分區(qū)(圖8)自振頻率均無法滿足3Hz的最低要求，按照高規(guī)要求，應(yīng)控制樓面結(jié)構(gòu)的豎向加速度。因商業(yè)區(qū)較為特殊，后期入住的商業(yè)廠商有可能在自家經(jīng)營范圍內(nèi)舉辦推廣活動，期間會產(chǎn)生有節(jié)奏的跳躍激勵，設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)

6、留了TMD的安裝位置。以大跨1區(qū)結(jié)果為例，在豎向頻率為結(jié)構(gòu)基頻及倍頻的人行激勵下，三個(gè)分區(qū)的加速度峰值見表1，均滿足高規(guī)對于樓面舒適度的控制要求。圖8 樓面舒適度分區(qū)各分區(qū)豎向周期、頻率及加速度峰值 表15 活荷載不均勻布置考慮4種活荷載不均勻布置(圖9)對主桁架結(jié)構(gòu)受力的影響，經(jīng)結(jié)構(gòu)復(fù)核，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定均滿足鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的相關(guān)要求。圖9 活荷載不均勻布置示意/m6 施工過程模擬核心筒1,3處支座布置如圖10所示，支座之間的距離最大約為20m，與桁架跨度相比較小，形成長短跨，在短跨遠(yuǎn)端(圖10中支座ZZ9a，ZZ9b)產(chǎn)生了拔力支座。經(jīng)比較，施工過程最終選擇如下方案：1）取消桁架2內(nèi)側(cè)遠(yuǎn)端

7、支座；2）鋼結(jié)構(gòu)卸載前僅安裝支座ZZ9a，ZZ9b；3）鋼結(jié)構(gòu)卸載完成后，樓面板澆筑完成，再安裝剩下的支座。圖10 核心筒1,3處支座布置圖按照該施工步驟，可確保核心筒1,3上的所有支座均為壓力支座，降低了支座的設(shè)計(jì)、加工制作難度，提高了支座的可靠性，為桁架向核心筒傳力提供可靠的保證。施工過程如圖11所示。圖11 施工過程示意圖7 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)桁架受力復(fù)雜部位桿件匯交較多，桁架端部受力較大，為滿足承載能力要求，如采用鋼板，厚度將達(dá)到200mm，鋼板的采購和加工制作均存在較大困難，故特殊部位節(jié)點(diǎn)選用鑄鋼節(jié)點(diǎn)。最大的主桁架3下弦和核心筒3，4連接處的兩個(gè)關(guān)鍵鑄鋼節(jié)點(diǎn)ZGJ-01，ZGJ-02見圖12。采用ABAQUS分析可知節(jié)點(diǎn)ZGJ-01，ZGJ-2在罕遇地震下均處于彈性狀態(tài)(圖13)，滿足了大震不壞的設(shè)計(jì)要求；其他荷載組合下，鑄鋼節(jié)點(diǎn)仍滿足承載能力要求，且應(yīng)力水平