結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中問(wèn)題與解決辦法講解課件

1、石建光廈門(mén)大學(xué)土木系廈門(mén)小白鷺?biāo)囆g(shù)中心廈門(mén)小白鷺?biāo)囆g(shù)中心劇場(chǎng)石建光, 楊迪珊，廈門(mén)小白鷺?biāo)囆g(shù)中心結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，福建建筑，2012，9：46-48漳州花卉集散中心大門(mén)建筑漳州花卉集散中心大門(mén)建筑顏家勝, 陳濤, 石建光，花卉集散中心入口大門(mén)建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，某溫泉國(guó)際大酒店結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)某溫泉國(guó)際大酒店結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)繆世超 司拓磊 范李劼 石建光，某溫泉國(guó)際大酒店結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，福建建筑，2012，12：27-31廈門(mén)小白鷺?biāo)囆g(shù)中心是廈門(mén)藝術(shù)交流的一個(gè)專(zhuān)業(yè)劇場(chǎng)，屬于高大空間建筑。小白鷺劇場(chǎng)小白鷺劇場(chǎng)建筑高度24米，總長(zhǎng)75.8m，寬55.4m，總建筑面積9592.8平方米，總用地面積12815平方米，為目前廈

2、門(mén)劇場(chǎng)中唯一的一座擁有24米深度和多種升降功能的高品位、高規(guī)格、多功能的現(xiàn)代化專(zhuān)業(yè)舞臺(tái)，擁有550座觀眾坐席。劇場(chǎng)地下一層地面3層，局部設(shè)有排練廳、儲(chǔ)存廳、電機(jī)房等，建筑平面由劇場(chǎng)和接劇場(chǎng)和接待休息兩部分組成待休息兩部分組成。小白鷺劇場(chǎng)的抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)丙類(lèi)，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)二級(jí)，抗震設(shè)防烈度為7度度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.15g。場(chǎng)地類(lèi)別類(lèi)類(lèi)，特征周期Tg=0.35sec。廈門(mén)地區(qū)基本風(fēng)壓基本風(fēng)壓為0.8KN/m ，劇場(chǎng)位于廈門(mén)島沿海距離海岸線約100m的位置。地基基底地基基底持力層為粉質(zhì)粘土層，地基承載力特征值為Fak=160KPa，該土層浸水易軟化崩解，施工

3、過(guò)程中要防止該土層浸水。小白鷺劇場(chǎng)建筑體形復(fù)雜，豎向錯(cuò)層較多，平面和豎向都不規(guī)則，劇場(chǎng)的舞臺(tái)及觀眾廳部高度大，較空曠，而周?chē)綄俚娜箻菍痈哂窒鄬?duì)較低，整體質(zhì)量和剛度分布不均勻。大跨空間將造成個(gè)別框架柱承受高壓力，觀眾席沿徑向懸挑6m，主體11m高度處設(shè)有外挑雨篷，向外懸挑長(zhǎng)度5m 。屋頂跨度和空間面積很大，屋頂最大跨度30m。結(jié)構(gòu)體系的選擇觀眾席的大懸挑屋頂大跨舞臺(tái)背面的高大墻體高壓力柱海邊大懸挑根據(jù)劇場(chǎng)和接待休息兩部分劇場(chǎng)和接待休息兩部分的功能、整體尺寸、高差和布置，抗震縫分開(kāi)倆部分。根據(jù)抗側(cè)力的要求采用框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)和框架框架-剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)。在主體的四周及與附屬房的交接處布置剪力

4、墻布置剪力墻；觀眾席的懸挑梁支座處設(shè)置了剪力墻，滿足了梁的剛度要求，也增強(qiáng)了整體的抗扭。舞臺(tái)部分通過(guò)設(shè)置的幾道框架梁加密了柱網(wǎng)，與剪力墻共同形成了抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，增加了水平剛度以便更好地傳遞地震力。由于剪力墻高度達(dá)22.5米，四周又無(wú)其他構(gòu)件連接，考慮采取內(nèi)嵌上幾道框架梁與框架柱的方法，把整面剪力墻分割成數(shù)片小型剪力墻，每一片剪力墻的高厚比和穩(wěn)剪力墻的高厚比和穩(wěn)定性定性都得到改善。墻體厚度300mm；框架梁截面尺寸300mm600mm，框架柱截面尺寸600mm900mm?？蚣芙Y(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)和框架框架-剪力墻結(jié)剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)挑臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式經(jīng)過(guò)方案比較選用了縱向懸臂斜梁式挑臺(tái)縱向懸臂斜梁式挑臺(tái)。徑向梁從圓

5、柱懸挑出來(lái)采用工字型型鋼混凝土梁，環(huán)向梁采用普通鋼筋混凝土，梁截面尺寸。懸挑梁末端彈性撓度。屋頂為大跨度空間結(jié)構(gòu)，采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，受力桿為工字型截面，屋面水平支撐、檁條、拉條采用圓鋼，撐桿采用角鋼。舞臺(tái)鋼屋梁下懸吊葡萄架葡萄架,觀眾席鋼屋梁下懸吊二道面光橋二道面光橋，屋面采用彩色鋼板。柱軸力達(dá)到了3000KN，甚至個(gè)別達(dá)到5100KN。采用型鋼混凝土柱型鋼混凝土柱，最大柱截面950mm700mm。二層檐口懸挑較大，為保證建筑造型特點(diǎn)，采用焊接型鋼焊接型鋼梁懸挑梁懸挑，并插入內(nèi)跨錨固平衡一跨，外挑板按鋼龍骨輕質(zhì)扣板材料，以減輕外挑荷載。采用中國(guó)建筑科學(xué)院分析軟件SATWE計(jì)算。根據(jù)建筑使用功能，

6、計(jì)算模型選用框架結(jié)框架結(jié)構(gòu)構(gòu)和和框架框架-剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)；框架抗震等級(jí)為二級(jí)，剪力墻為二級(jí)?？紤]彈性樓板假定，計(jì)入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。鋼結(jié)構(gòu)部分單獨(dú)計(jì)算單獨(dú)計(jì)算?？傮w分析時(shí)采用混凝土剛性梁模擬計(jì)算，以傳遞屋面荷載，保證總體計(jì)算的完整性。項(xiàng)目振動(dòng)類(lèi)型SATWE結(jié)果周期X向第一平動(dòng)周期0.8758Y向第一平動(dòng)周期0.8105最大層間位移角X向地震1/1019Y向地震1/1308剛重比X向12.56Y向14.12剪重比各層都大于2.4%花卉集散中心入口建筑由花卉展廳、辦公會(huì)客、花卉展入口組成，是漳州花卉園林展的標(biāo)志性建筑。花卉集散中心入口建筑有展廳、車(chē)輛進(jìn)出、收發(fā)辦公和接待等多項(xiàng)功能

7、，形成漳州花卉園林展的標(biāo)志性建筑。建筑高度為13.5m，占地面積為2912m，總建筑面積為3083m。其中，左側(cè)展廳為729m，右側(cè)展廳為1382m。建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防烈度為7度（0.15g），設(shè)防地震分組為第二組。場(chǎng)地類(lèi)別為類(lèi)，特征周期為0.4s?；撅L(fēng)壓取0.8kN/m。設(shè)定為B類(lèi)地貌。地基承載力特征值為fak=180kpa。取殘積粘性土作為持力土層。具有低層、大跨、內(nèi)部大空間、連體、外側(cè)覆土等建筑特征。結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)時(shí)需要處理內(nèi)部大空間局部開(kāi)洞單側(cè)高柱中部網(wǎng)架拱狀連接兩側(cè)覆土建筑高度很低，故采用框架結(jié)構(gòu)體系框架結(jié)構(gòu)體系。兩側(cè)覆土位置為調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度

8、，添加部分部分剪力墻剪力墻。左側(cè)屋頂采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)右側(cè)采用鋼筋混凝土樓板鋼筋混凝土樓板，屋頂開(kāi)洞部分采用鋼鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。鋼網(wǎng)架鋼網(wǎng)架采用螺栓球節(jié)點(diǎn)連接?；A(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)，剪力墻下采用條形基礎(chǔ)，埋深為2.3m，取殘積粘性土作為持力土層。MIDAS模型左側(cè)展廳需要空曠大空間、建筑中部不能出現(xiàn)柱子，框架柱均位于結(jié)構(gòu)四邊，會(huì)出現(xiàn)單單側(cè)高柱側(cè)高柱，考慮通過(guò)增大柱子的截面面積解決。左側(cè)屋頂采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。屋頂為大跨結(jié)構(gòu)，采用鋼網(wǎng)架鋪設(shè)結(jié)合壓型鋼網(wǎng)架鋪設(shè)結(jié)合壓型鋼板屋頂鋼板屋頂。周邊越層柱的截面尺寸從800mm1000mm至1000mm1500mm。周邊梁截面尺寸從400mm700

9、mm至500mm900mm。10m的單側(cè)高柱，中間無(wú)樓板連接，柱子在X或Y其中一個(gè)方向沒(méi)有框架梁連接。右側(cè)位于入口二層樓板有一個(gè)9m13m的大開(kāi)洞，并且該洞口位于樓板左側(cè)端部，容易造成A-7軸相交的角柱角柱連接約束不夠，位移位移過(guò)大。而開(kāi)洞引起質(zhì)量中心與剛度中心的偏差，也會(huì)造成位移比過(guò)大位移比過(guò)大。最大開(kāi)洞面積未超過(guò)抗規(guī)中規(guī)定的平面不規(guī)則限值中樓板局部不連續(xù)的指標(biāo)（17%30%），但為加強(qiáng)開(kāi)洞角部柱子的扭轉(zhuǎn)剛度，采用沿柱子全高加密的方式處理。右側(cè)框架較為規(guī)則，兩層柱高分別為5m和5.5m，柱子截面尺寸均為500mm500mm，主梁尺寸為300mm800mm，次梁尺寸為250mm600mm。二層

10、樓板開(kāi)洞為形成花卉展入口大門(mén)的效果，中間網(wǎng)架成拱狀，在重力荷載作用下，支座處對(duì)兩側(cè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)推力。對(duì)于左側(cè)單側(cè)高柱產(chǎn)生影響更大。并且由于拱網(wǎng)架跨度為36m（大于24m），故需要考慮豎向地震作用的影響。兩側(cè)展廳結(jié)構(gòu)外部，采用擋土墻分隔掉一部分土層，剩余土層重量施加在展廳兩側(cè)的斜側(cè)板上。并考慮覆土的側(cè)土壓力，折算成水平力后施加于結(jié)構(gòu)主梁上。因覆土重量引起結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心偏移，考慮通過(guò)在結(jié)構(gòu)兩側(cè)布置部分剪力墻，以調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度中心，減小因中心偏移引起的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。梁柱采用空間桿件模型，樓板模型采用剛性樓板，剪力墻采用墻元模型，鋼網(wǎng)架用5mm薄彈性板模擬分析，并在框架柱頂端施加水平力，考慮中間鋼拱網(wǎng)架對(duì)兩側(cè)框

11、架的影響。對(duì)兩側(cè)結(jié)構(gòu)分別建模分析，并取最不利結(jié)果設(shè)計(jì)。鋼網(wǎng)架采用SFCAD建模計(jì)算，提取支座反力，施加與PMCAD模型中。為了準(zhǔn)確地認(rèn)知結(jié)構(gòu)整體的受力性能，采用MIDAS-building軟件進(jìn)行整體建模校核分析。對(duì)于有部分剪力墻，扭轉(zhuǎn)位移較大，位移比很難滿足規(guī)范中的要求。而實(shí)際上，將剪力墻去掉，原框架結(jié)構(gòu)已可滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求。中部網(wǎng)架剛度較弱，結(jié)構(gòu)整體工作效應(yīng)不顯著，故采用鉸接方式連接。但因?yàn)椴捎霉熬W(wǎng)架，其自身重力荷載及其豎向荷載組合，均會(huì)在支座處產(chǎn)生側(cè)推力，在建模中考慮該側(cè)推力對(duì)兩側(cè)結(jié)構(gòu)的影響。單側(cè)高柱與網(wǎng)架頂部連接，采用鉸接方式。覆土由于其自重大，并且可能由于雨水等原因進(jìn)一步增大自重，會(huì)

12、產(chǎn)生較大的側(cè)土壓力。采用外部擋土墻負(fù)擔(dān)一部分的土體側(cè)壓力，以減小覆土壓力對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響。位于福建漳州市的五星級(jí)酒店，建筑高度為24米，地上主樓6層和附屬樓4層，地下1層?？偨ㄖ娣e40702.24m2，其中地下室建筑面積9448.37m2，地上總建筑面積31253.87m2。有中西餐廳、大型宴會(huì)廳、多功能會(huì)議廳、健身房等多功能區(qū)域，地下一層設(shè)有地下車(chē)庫(kù)。酒店有標(biāo)準(zhǔn)客房200余間，300多個(gè)床位，大型宴會(huì)廳可供700人使用，同時(shí)還擁有一間可容納400人的大型多功能會(huì)議廳，六間容納80-150人的多種規(guī)格會(huì)議室，共計(jì)約3000m2使用面積的會(huì)議場(chǎng)所，屬于大型公共建筑。溫泉國(guó)際大酒店抗震設(shè)防類(lèi)別為

13、丙類(lèi)，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.15g。場(chǎng)地類(lèi)別類(lèi),設(shè)計(jì)特征周期為0.35s，基本風(fēng)壓為0.8kN/m2。地基基底持力層為粉質(zhì)粘土層，地基承載力特征值fak=160kPa。結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)、建筑各部分平面和豎向布置相差較大主樓總長(zhǎng)83.6m(地下長(zhǎng)104.6m)，總寬64.35m；附屬樓長(zhǎng)66m，寬26.1m。因主樓建筑功能較多，為滿足使用要求，其二層樓板在大堂和宴會(huì)廳處不貫通，以便有較大的空間進(jìn)行建筑處理，從第四層開(kāi)始立面收進(jìn)，寬度減為36.1m；附屬樓四層均為客房，柱距為9m，平面和豎向都很規(guī)則。主樓和兩翼附屬樓平面和豎向布置相差較大，

14、導(dǎo)致地上部分三棟樓剛度差異較大，難以作為整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。大跨度、內(nèi)部空曠、平面和豎向不規(guī)則主樓一層的大型會(huì)議室跨度跨度18m，主樓第二層有可容納700人的大型宴會(huì)廳，總面積約1300m2，平面尺寸為46.227.9m，高度8m，跨度跨度28m。主樓第二層開(kāi)洞面積為2078m2，大于該層樓面面積的30%（44560.3=1336.8m2），樓板局部不連續(xù)，屬于平面不規(guī)則類(lèi)型平面不規(guī)則類(lèi)型。第四層收進(jìn)的水平向尺寸為27.9m，大于相鄰下一層的25%（64.350.25=16.1m），側(cè)向剛度不規(guī)則，屬于豎向不規(guī)則類(lèi)型豎向不規(guī)則類(lèi)型。越層柱建筑要求主體部分的大堂一二層上空，大堂的四根柱子為12.5m高

15、的獨(dú)立越層柱，周邊沒(méi)有與梁和樓板連接，既要控制越層柱的截面尺寸，又要能滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)縫設(shè)置工程體型復(fù)雜，平立面不規(guī)則，根據(jù)不規(guī)則程度、地基基礎(chǔ)條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)等因素的比較分析，確定設(shè)置防震縫兼伸縮縫，以此將各樓地面以上部分分為三個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元，下設(shè)一層地下室，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端。防震縫沿房屋全高設(shè)置，地下室、基礎(chǔ)不設(shè)防震縫。建筑各部分結(jié)構(gòu)體系確定根據(jù)建筑高度和高寬比，同時(shí)考慮到設(shè)防烈度不高且層數(shù)不多，可采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系。但因本工程具有大跨度、內(nèi)部空曠、平面和豎向不規(guī)則等特點(diǎn)，考慮部分梁柱構(gòu)件采用型鋼混凝土構(gòu)件型鋼混凝土構(gòu)件，保證主樓的層間剛度比滿足規(guī)

16、范要求。結(jié)構(gòu)體系采用部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用型鋼混凝土構(gòu)部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用型鋼混凝土構(gòu)件的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系件的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系。大跨度空間屋蓋結(jié)構(gòu)體系大跨度的屋蓋采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，形成下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上部鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的混合結(jié)構(gòu)。選擇正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式，網(wǎng)架在北面懸挑梁端設(shè)置支座，其他三面在柱頭設(shè)置支座。支座采用無(wú)側(cè)移的鉸接支座，網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)采用熱軋無(wú)縫鋼管和螺栓球，用高強(qiáng)螺栓連接。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用SFCAD軟件進(jìn)行計(jì)算。越層柱主樓大堂的四根越層柱采用型鋼混凝土柱，柱內(nèi)型鋼為雙工字形焊接型鋼。工字形型鋼截面參數(shù)：7504502518(高寬翼緣厚腹板厚)大跨度梁大型會(huì)議室跨度18m采用型鋼混凝土梁。不僅

17、控制了梁的截面尺寸，減少對(duì)建筑使用高度的影響，還能夠更好地滿足規(guī)范所要求的承載力和撓度的要求?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)型式基礎(chǔ)形式選用梁板式筏板基礎(chǔ)梁板式筏板基礎(chǔ)。地下室采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固層。型鋼混凝土柱伸入基礎(chǔ)，采用埋入式柱腳。型鋼混凝土柱與鋼筋混凝土柱連接處應(yīng)設(shè)過(guò)渡層，地下一層及過(guò)渡層型鋼應(yīng)設(shè)栓釘。結(jié)構(gòu)分析采用SATWE計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算，鋼網(wǎng)架部分用空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)軟件SFCAD單獨(dú)計(jì)算。地上部分作為3棟不同的建筑物分別設(shè)計(jì)，地下室按大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)計(jì)算，以考慮上部建筑物對(duì)其的影響。鋼筋混凝土部分結(jié)構(gòu)類(lèi)別為框架結(jié)構(gòu)，主樓抗震等級(jí)為二級(jí)，附屬樓抗震等級(jí)為三級(jí)。由于質(zhì)量和剛度分布不對(duì)稱(chēng)不均勻，主樓同時(shí)考慮了偶然偏心影響和雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，斜交抗側(cè)力構(gòu)件方向附加地震方向角為25和65。對(duì)主樓結(jié)構(gòu)分析計(jì)算時(shí)，如單純采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，經(jīng)計(jì)算層間剛度比不能滿足規(guī)范要求，主樓第二層為薄弱層。將局部大空間周邊的部分鋼筋混凝土柱替換為型鋼混凝土柱，大多從地下室伸至五層，經(jīng)此調(diào)整后保證了主樓層間剛度比滿足規(guī)范要求，提高了結(jié)構(gòu)的總體抗震性能。調(diào)整前后主樓第二層層間剛度比對(duì)比雖然SATWE軟