北京院总工束伟农:城奥大厦、银河SOHO等复杂体形建筑结构设计要点
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2023年08月01日 14:30:18
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报告主要分为五部分:前言及城奥大厦、银河SOHO、珠海歌剧院、桂林两江国际机场四个复杂体型工程的结构设计要点。           前  言


报告主要分为五部分:前言及城奥大厦、银河SOHO、珠海歌剧院、桂林两江国际机场四个复杂体型工程的结构设计要点。


   

     

前  言

在本节,束伟农总工首先简要介绍了多个复杂体型建筑,后相对详细地介绍了凤凰国际传媒中心的结构设计概况,其面临的挑战有: 参数化曲面成型、双向叠合网格结构体系、 多重结构系统组合抗震、特殊结构构件。对 凤凰国际传媒中心进行了多模型抗震分析,包括: 钢结构和混凝土结构的整体模型、混凝土结构的整体模型、外壳钢结构单体模型、办公楼混凝土单体模型、 带部分钢结构的办公楼混凝土单体模型 演播楼混凝土单体模型 拱桥单体模型 通天扶梯单体模型。

   

     

北京城奥大厦

北京城奥大厦结构体系为 钢框架-钢筋混凝土筒体结构,运用BIM技术实现了 参数化曲面成型。 该项目地下部分属地下空间项目,于2014年施工完毕。根据新的建筑功能要求,新方案地上部分重新定义 一套新轴网 ,为实现地上与地下的结构转换, 首层采用V型柱,以转换新旧轴网 边庭结构从首层到F12层顶板,在每层楼面标高设一道环梁,环梁两侧与主体结构铰接拉结,环梁截面F6层及以下根据幕墙条件设置宽度不等的变截面方钢实腹弧梁,F7层及以上因幕墙需要环梁宽度过大,环梁改为格构式弧梁。从F5层起每隔一层沿放射轴线设置4道水平支撑。 结构体系中存在大量斜度不同的柱子及曲梁曲柱,部分还有扭曲,产生了大量 复杂节点 ,定位及加工难度系数均很大。必须借助 BIM技术 来进行精确加工制作、定位安装。

   

     

银河SOHO

四个塔楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构,弧型结构外边柱采用型钢混凝土柱; 四个塔楼分别在建筑的第3层、4层、6层、7层、13层、14层、15层采用连体连接,连体跨度约20~40m,大跨度连体结构采用钢桁架结构体系。 弧型结构外边柱 较直线柱受力情况相对复杂,采用 型钢混凝土柱 ,以提高其延性,改善受力性能。外边柱周围的 框架梁增设少量型钢承受梁内拉力 ,也可以 提高梁柱节点的延性 ,增强整体框架的抗震能力。 塔1与塔4之间、塔2与塔3之间的连桥采用刚接,形成 连体结构 其他连桥均采用一端刚接,另一端滑动连接。

   

     

珠海歌剧院

珠海歌剧院有以下 结构特点: 结构体型复杂, 贝壳钢结构,结构计算分析复杂、节点和构造复杂,结构复杂且抗震超限。 屋顶天窗钢桁架与贝壳空腹桁架刚接,形成 巨型钢框架 ,为短轴方向主要抗侧基本单元;环向弦杆与空腹桁架弦杆刚接,组成连续 钢框架结构 ,形成长轴方向主要抗侧体系。观众厅和贝壳之间采用 钢结构连桥 ,连桥钢梁两端铰接,可为钢结构提供部分 水平支撑

珠海歌剧院进行计算分析:

分析模型:

1、贝壳钢结构与主体钢筋混凝土结构的 整体分析模型

2、主体 钢筋混凝土结构模型 (不含钢结构)

3、纯贝壳 钢结构模型 (不含钢筋混凝土结构)

分析软件:

1、PK-PM系列软件 (规范2005版本)

2、MIDAS/GEN V.7.3.1中文版结构分析与计算软件

3、有限元软件ANASYS V11.0。

分析内容:

1、静力分析:恒+活、风荷载作用、温度作用

2、地震作用分析:反应谱、小震弹性时程、整体稳定、施工模拟、防连续倒塌

3、节点有限元分析

观众厅弧形混凝土墙的最大应力出现在 顶板与竖墙过渡区域 ,在屋顶梁与弧形墙身相交部位 应力集中 ,此处墙身最大拉应力为 7.7MPa ,超过混凝土抗拉强度,采取 措施如下 :在墙体对应梁部位设置暗柱, 柱内配置型钢 ,提高了墙身刚度,增强了稳定性和抗震性能,相应楼座及池座处梁内设置型钢;观众厅空间弧形墙内 设置构造型钢 ,在位于墙顶与平板交界处设置型钢环梁与其连接,形成型钢骨架。便于墙身定位找形;提高混凝土墙体 配筋率 ;除梁墙相交部位,观众厅弧形墙大部分区域拉应力均为 2.5MPa 以下,墙体混凝土强度等级取 C50 (混凝土拉应力为 2.64MPa );单独将弧形墙及支承结构取出,进行 稳定性分析 验算。

   

     

桂林两江国际机场T2航站楼

桂林两江国际机场T2航站楼屋盖结构有如下特点:

特点一:复杂多变的拱结构

航站楼屋顶采用 拱结构支承体系 ,中心区采用倾斜方向相反的对拱支撑,指廊采用单片拱支撑,中心区拱轴方向随屋盖走向旋转。

特点二:复杂的三维屋面造型

航站楼的主屋面整体设计简洁优美,中心区屋面造型为波浪起伏,均为 双曲面 ,投影面积约6万平方米。

特点三:自由多变的单层网壳

航站楼屋顶采用 单层网壳结构 ,为建筑美观,网壳采用环向梁与径向梁成矩形的布置方式,网壳节点采用刚接节点。支撑拱与网壳之间采用斜杆过渡连接,钢结构制作安装及空间定位难度高。

屋盖结构体系采用:

结合建筑屋面波浪起伏的造型及天窗采光要求,采用 拱壳结构 ,屋盖结构为 单层壳体 ,支撑体系为空间拱。 屋盖单层壳体构件跟随屋顶曲面变换,保证结构与建筑造型的完美统一。中心区支撑拱共有 6对拱+两边各一榀单向拱 ,支撑拱最大跨度为 120m ,拱截面为变截面箱型。

钢结构 屋面进行找形:

整个拱壳横向形成连续波浪形,为使波浪起伏的屋盖受力合理,将屋盖按起伏的脊线和谷线包括的范围作为一个分段面,分段面采用一系列近似抛物线的曲线拟合而成,完整屋盖由各分段面组成,各分段面之间光滑过渡,使最终拟合的面为建筑和结构均能接受,脊线、谷线、天窗投影线及屋盖轮廓线由建筑提供,脊线、谷线为圆弧线。

对结构进行了 支撑体系实体模型与杆件模型对比分析, 分析结果 表明:

实体模型比杆系模型应力计算结果普遍大 10%~14%,拱脚附近大26%。 在用杆系模型计算时,将杆系模型计算所得拱的应力放大 15% ,为考虑扭曲和扭矩带来的影响,对于拱脚附近采用加大拱脚钢板厚度及加强拱脚构造的措施。



责任编辑:程哲

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