名校結構設計中問題與解決辦法講解

在建筑工程結構設計中遇到的一些問題與解決方法石建光廈門大學土木系幾個建筑工程結構設計廈門小白鷺藝術中心劇場石建光,楊迪珊，廈門小白鷺藝術中心結構方案設計，福建建筑，2012，9：46-48漳州花卉集散中心大門建筑顏家勝,陳濤,石建光，花卉集散中心入口大門建筑結構方案設計，某溫泉國際大酒店結構設計繆世超司拓磊范李劼石建光，某溫泉國際大酒店結構方案設計，福建建筑，2012，12：27-31廈門小白鷺藝術中心廈門小白鷺藝術中心是廈門藝術交流的一個專業(yè)劇場，屬于高大空間建筑。廈門小白鷺藝術中心---建筑小白鷺劇場建筑高度24米，總長75.8m，寬55.4m，總建筑面積9592.8平方米，總用地面積12815平方米，為目前廈門劇場中唯一的一座擁有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)代化專業(yè)舞臺，擁有550座觀眾坐席。劇場地下一層地面3層，局部設有排練廳、儲存廳、電機房等，建筑平面由劇場和接待休息兩部分組成。廈門小白鷺藝術中心---結構小白鷺劇場的抗震設防類別為丙類，建筑結構安全等級為二級，抗震設防烈度為7度，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度0.15g。場地類別Ⅱ類，特征周期Tg=0.35sec。廈門地區(qū)基本風壓為0.8KN/m，劇場位于廈門島沿海距離海岸線約100m的位置。地基基底持力層為粉質粘土層，地基承載力特征值為Fak=160KPa，該土層浸水易軟化崩解，施工過程中要防止該土層浸水。廈門小白鷺藝術中心---結構分析小白鷺劇場建筑體形復雜，豎向錯層較多，平面和豎向都不規(guī)則，劇場的舞臺及觀眾廳部高度大，較空曠，而周圍附屬的裙樓層高又相對較低，整體質量和剛度分布不均勻。大跨空間將造成個別框架柱承受高壓力，觀眾席沿徑向懸挑6m，主體11m高度處設有外挑雨篷，向外懸挑長度5m。屋頂跨度和空間面積很大，屋頂最大跨度30m。結構設計面臨的主要問題結構體系的選擇觀眾席的大懸挑屋頂大跨舞臺背面的高大墻體高壓力柱海邊大懸挑結構體系的選擇、高大墻體根據劇場和接待休息兩部分的功能、整體尺寸、高差和布置，抗震縫分開倆部分。根據抗側力的要求采用框架結構和框架-剪力墻結構。在主體的四周及與附屬房的交接處布置剪力墻；觀眾席的懸挑梁支座處設置了剪力墻，滿足了梁的剛度要求，也增強了整體的抗扭。舞臺部分通過設置的幾道框架梁加密了柱網，與剪力墻共同形成了抗側力結構，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22.5米，四周又無其他構件連接，考慮采取內嵌上幾道框架梁與框架柱的方法，把整面剪力墻分割成數片小型剪力墻，每一片剪力墻的高厚比和穩(wěn)定性都得到改善。墻體厚度300mm；框架梁截面尺寸300mm×600mm，框架柱截面尺寸600mm×900mm。劇場和接待待休息部分分結構布置置結構體系框架結構和框架-剪力墻結構構觀眾席的大大懸挑挑臺的結構構形式經過過方案比較較選用了縱向懸臂斜斜梁式挑臺臺。徑向梁從圓圓柱懸挑出出來采用工工字型型鋼鋼混凝土梁梁，環(huán)向梁梁采用普通通鋼筋混凝凝土，梁截截面尺寸２２００ｍｍｍ×６００ｍｍｍ～８０００ｍｍ。懸懸挑梁末端端彈性撓度度１０．３３１ｍｍ～～１３．１１９ｍｍ。。屋頂大跨、高壓力柱屋頂為大跨跨度空間結結構，采用用鋼桁架結結構，受力力桿為工字字型截面，屋面水平支支撐、檁條條、拉條采采用圓鋼，撐桿采用角角鋼。舞臺鋼屋梁梁下懸吊葡萄架,觀眾席鋼屋屋梁下懸吊吊二道面光橋橋，屋面采用用彩色鋼板板。柱軸力達到到了3000KN，甚至個別別達到5100KN。采用型鋼混凝土土柱，最大柱截截面950mm×700mm。海邊大懸挑挑二層檐口懸懸挑較大，，為保證建建筑造型特特點，采用用焊接型鋼梁梁懸挑，并插入內內跨錨固平平衡一跨，，外挑板按按鋼龍骨輕輕質扣板材材料，以減減輕外挑荷荷載。結構計算采用中國建建筑科學院院分析軟件件SATWE計算。根據建筑使使用功能，，計算模型型選用框架結構和框架-剪力墻結構構；框架抗震震等級為二二級，剪力力墻為二級級?？紤]彈性樓樓板假定，，計入雙向向水平地震震作用下的的扭轉效應應。鋼結構部分分單獨計算。總體分析析時采用混混凝土剛性性梁模擬計計算，以傳傳遞屋面荷荷載，保證證總體計算算的完整性性?？?剪結構計算算結果項目振動類型SATWE結果周期X向第一平動周期0.8758Y向第一平動周期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%完工后的效效果漳州花卉集集散中心大大門建筑花卉集散中中心入口建建筑由花卉展廳、辦公會客、花卉展入口口組成，是是漳州花卉卉園林展的的標志性建建筑?；ɑ芗⒅兄行娜肟诮ńㄖ徒Y構花卉集散中中心入口建建筑有展廳、車輛輛進出、收收發(fā)辦公和和接待等多多項功能，，形成漳州州花卉園林林展的標志志性建筑。建筑高度為為13.5m，占地面積積為2912m2，總建筑筑面積為3083m2。其中，，左側展廳廳為729m2，右側展展廳為1382m2。建筑結構的的抗震設防防類別為丙丙類，建筑筑結構安全全等級為二二級，抗震震設防烈度度為7度（0.15g），設防地地震分組為為第二組。。場地類別別為Ⅱ類，，特征周期期為0.4s?；撅L壓壓取0.8kN/m2。設定為為B類地貌。地地基承載力力特征值為為fak=180kpa。取殘積粘粘性土作為為持力土層層。結構方案設設計面臨的的問題具有低層、、大跨、內內部大空間間、連體、、外側覆土土等建筑特特征。結構方案設設計時需要要處理內部大空間間局部開洞單側高柱中部網架拱拱狀連接兩側覆土結構方案建筑高度很很低，故采采用框架結構體體系。兩側覆土位位置為調整整結構剛度度，添加部分剪力墻墻。左側屋頂采采用鋼網架結構構右側采用鋼筋混凝土土樓板，屋頂開洞部分采用鋼網架結構構。鋼網架采用螺栓球球節(jié)點連接接?；A采用獨獨立基礎，，剪力墻下下采用條形形基礎，埋埋深為2.3m，取殘積粘粘性土作為為持力土層層。結構模型MIDAS模型左側內部大大空間左側展廳需需要空曠大大空間、建建筑中部不不能出現(xiàn)柱柱子，框架架柱均位于于結構四邊邊，會出現(xiàn)現(xiàn)單側高柱，考慮通過過增大柱子子的截面面面積解決。。左側屋頂采采用鋼網架結構構。屋頂為大跨跨結構，采采用鋼網架鋪設設結合壓型型鋼板屋頂頂。周邊越層柱柱的截面尺尺寸從800mm×1000mm至1000mm×1500mm。周邊梁截截面尺寸從從400mm×700mm至500mm×900mm。單側高柱10m的單側高柱柱，中間無無樓板連接接，柱子在在X或Y其中一個方方向沒有框框架梁連接接。右側局部開洞右側位于入入口二層樓板有一個9m×13m的大開洞，并且該洞口口位于樓板板左側端部部，容易造造成A-7軸相交的角柱連接約束不不夠，位移過大。而開開洞引起質質量中心與與剛度中心心的偏差，，也會造成成位移比過大大。最大開洞面面積未超過過《抗規(guī)》》中規(guī)定的的平面不規(guī)規(guī)則限值中中樓板局部部不連續(xù)的的指標（17%<30%），但為加加強開洞角角部柱子的的扭轉剛度度，采用沿沿柱子全高高加密的方方式處理。。右側框架較較為規(guī)則，，兩層柱高高分別為5m和5.5m，柱子截面面尺寸均為為500mm×500mm，主梁尺寸寸為300mm×800mm，次梁尺寸寸為250mm×600mm。右側局部開洞二層樓板開開洞中部網架拱拱狀連接為形成花卉卉展入口大大門的效果果，中間網網架成拱狀狀，在重力力荷載作用用下，支座座處對兩側側結構產生生側推力。。對于左側側單側高柱柱產生影響響更大。并并且由于拱拱網架跨度度為36m（大于24m），故需要要考慮豎向向地震作用用的影響。。兩側覆土兩側展廳結結構外部，，采用擋土土墻分隔掉掉一部分土土層，剩余余土層重量量施加在展展廳兩側的的斜側板上上。并考慮慮覆土的側側土壓力，，折算成水水平力后施施加于結構構主梁上。。因覆土重量量引起結構構質量中心心偏移，考考慮通過在在結構兩側側布置部分分剪力墻，，以調整結結構剛度中中心，減小小因中心偏偏移引起的的扭轉效應應。軟件建模梁柱采用空空間桿件模模型，樓板板模型采用用剛性樓板板，剪力墻墻采用墻元元模型，鋼鋼網架用5mm薄彈性板模模擬分析，，并在框架架柱頂端施施加水平力力，考慮中中間鋼拱網網架對兩側側框架的影影響。對兩側結構構分別建模模分析，并并取最不利利結果設計計。鋼網架采用用SFCAD建模計算，，提取支座座反力，施施加與PMCAD模型中。為了準確地地認知結構構整體的受受力性能，，采用MIDAS-building軟件進行整整體建模校校核分析。。結構計算指指標設計中幾個個問題的處理對于有部分分剪力墻，，扭轉位移移較大，位位移比很難難滿足規(guī)范范中的要求求。而實際際上，將剪剪力墻去掉掉，原框架架結構已可可滿足規(guī)范范設計要求求。中部網架剛剛度較弱，，結構整體體工作效應應不顯著，，故采用鉸鉸接方式連連接。但因因為采用拱拱網架，其其自身重力力荷載及其其豎向荷載載組合，均均會在支座座處產生側側推力，在在建模中考考慮該側推推力對兩側側結構的影影響。單側高柱與網架頂部連接，，采用鉸接方式。覆土由于其其自重大，，并且可能能由于雨水水等原因進進一步增大大自重，會會產生較大大的側土壓壓力。采用用外部擋土土墻負擔一一部分的土土體側壓力力，以減小小覆土壓力力對主體結結構的影響響。完工后的效效果溫泉國際大大酒店結構構設計位于福建漳漳州市的五五星級酒店店，建筑高高度為24米，地上主主樓6層和附屬樓樓4層，地下1層?？偨ㄖ娣e40702.24m2，其中地下下室建筑面面積9448.37m2，地上總建建筑面積31253.87m2。有中西餐廳廳、大型宴宴會廳、多多功能會議議廳、健身身房等多功功能區(qū)域，，地下一層層設有地下下車庫。酒酒店有標準準客房200余間，300多個床位，，大型宴會會廳可供700人使用，同同時還擁有有一間可容容納400人的大型多多功能會議議廳，六間間容納80-150人的多種規(guī)規(guī)格會議室室，共計約約3000m2使用面積的的會議場所所，屬于大大型公共建建筑。建筑設計一層建筑平平面圖正立面圖、剖面圖結構設計溫泉國際大大酒店抗震震設防類別別為丙類，，建筑結構構安全等級級為二級，，抗震設防防烈度為7度，設計地地震分組為為第一組，，設計基本本地震加速速度0.15g。場地類別ⅡⅡ類,設計特征周周期為0.35s，基本風壓壓為0.8kN/m2。地基基底持持力層為粉粉質粘土層層，地基承承載力特征征值fak=160kPa。結構方案設設計面臨的的問題-1結構超長、、建筑各部部分平面和和豎向布置置相差較大大主樓總長83.6m(地下長104.6m)，總寬64.35m；附屬樓長長66m，寬26.1m。因主樓建建筑功能較較多，為滿滿足使用要要求，其二二層樓板在在大堂和宴宴會廳處不不貫通，以以便有較大大的空間進進行建筑處處理，從第第四層開始始立面收進進，寬度減減為36.1m；附屬樓四四層均為客客房，柱距距為9m，平面和豎豎向都很規(guī)規(guī)則。主樓和兩翼翼附屬樓平平面和豎向向布置相差差較大，導導致地上部部分三棟樓樓剛度差異異較大，難難以作為整整體結構設設計。結構方案設設計面臨的的問題-2大跨度、內內部空曠、、平面和豎豎向不規(guī)則則主樓一層的的大型會議議室跨度18m，主樓第二二層有可容容納700人的大型宴宴會廳，總總面積約1300m2，平面尺寸寸為46.2×27.9m，高度8m，跨度28m。主樓第二層層開洞面積積為2078m2，大于該層層樓面面積積的30%（4456×0.3=1336.8m2），樓板局局部不連續(xù)續(xù)，屬于平面不規(guī)則則類型。第四層收進進的水平向向尺寸為27.9m，大于相鄰鄰下一層的的25%（64.35×0.25=16.1m），側向剛剛度不規(guī)則則，屬于豎向不規(guī)則則類型。結構方案設設計面臨的的問題-3越層柱建筑要求主主體部分的的大堂一二二層上空，，大堂的四四根柱子為為12.5m高的獨立越越層柱，周周邊沒有與與梁和樓板板連接，既既要控制越越層柱的截截面尺寸，，又要能滿滿足強度、、剛度和穩(wěn)穩(wěn)定性的規(guī)規(guī)范要求。結構方案設設計結構縫設置置工程體型復復雜，平立立面不規(guī)則則，根據不不規(guī)則程度度、地基基基礎條件和和技術經濟濟等因素的的比較分析析，確定設設置防震縫縫兼伸縮縫縫，以此將將各樓地面面以上部分分分為三個個獨立的結結構單元，，下設一層層地下室，，地下室頂頂板作為上上部結構嵌嵌固端。防防震縫沿房房屋全高設設置，地下下室、基礎礎不設防震震縫。結構方案設設計建筑各部分分結構體系系確定根據建筑高高度和高寬寬比，同時時考慮到設設防烈度不不高且層數數不多，可可采用鋼筋筋混凝土框框架結構體體系。但因因本工程具具有大跨度度、內部空空曠、平面面和豎向不不規(guī)則等特特點，考慮慮部分梁柱柱構件采用用型鋼混凝土土構件，保證主樓樓的層間剛剛度比滿足足規(guī)范要求求。結構體系采采用部分結構構構件采用型型鋼混凝土土構件的鋼鋼筋混凝土土框架結構構體系。結構方案設設計大跨度空間間屋蓋結構構體系大跨度的屋屋蓋采用網架結構，，形成下部部鋼筋混凝凝土結構上上部鋼網架架結構的混混合結構。。選擇正放四四角錐網架架結構形式式，網架在在北面懸挑挑梁端設置置支座，其其他三面在在柱頭設置置支座。支支座采用無無側移的鉸鉸接支座，，網架節(jié)點點采用熱軋軋無縫鋼管管和螺栓球球，用高強強螺栓連接接。網架結構采采用SFCAD軟件進行計計算。網架平立面面結構方案設設計越層柱主樓大堂的的四根越層層柱采用型型鋼混凝土土柱，柱內內型鋼為雙雙工字形焊焊接型鋼。。工字形型型鋼截面參參數：750×450×25×18(高×寬×翼翼緣厚×腹腹板厚)結構方案設設計大跨度梁大型會議室室跨度18m采用型鋼混混凝土梁。。不僅控制制了梁的截截面尺寸，，減少對建建筑使用高高度的影響響，還能夠夠更好地滿滿足規(guī)范所所要求的承承載力和撓撓度的要求求。結構方案設設計基礎結構型型式基礎形式選用梁板式筏板基礎礎。地下室采用鋼筋筋混凝土結構，，地下室頂板作作為上部結構的的嵌固層。型鋼混凝土柱伸伸入基礎，采用用埋入式柱腳。。型鋼混凝土柱柱與鋼筋混凝土土柱連接處應設設過渡層，地下下一層及過渡層層型鋼應設栓釘釘。結構計算結構分析采用SATWE計算軟件進行計計算，鋼網架部部分用空間網架架結構分析設計計軟件SFCAD單獨計算。地上部分作為3棟不同的建筑物物分別設