東平廣場裙房斜撐轉(zhuǎn)換設(shè)計應(yīng)用

林國坤

(廣東省建筑設(shè)計研究院，廣東廣州 510010)

·結(jié)構(gòu)·抗震·

東平廣場裙房斜撐轉(zhuǎn)換設(shè)計應(yīng)用

林國坤

(廣東省建筑設(shè)計研究院，廣東廣州 510010)

基于某工程因建筑大空間需求，在2層采用斜撐轉(zhuǎn)換形式承擔上部荷載的情況，考慮不同模擬施工計算方法并復(fù)核大震承載力，對斜撐轉(zhuǎn)換進行了分析設(shè)計，結(jié)果表明:斜撐轉(zhuǎn)換效率高、傳力路徑明確，具有良好的抗震性能，能起到較好的綜合效應(yīng)。關(guān)鍵詞:斜撐轉(zhuǎn)換，施工模擬，計算，結(jié)構(gòu)設(shè)計

1 工程概況

本工程建設(shè)地點在佛山順德區(qū)，設(shè)計基準期為50年，基本風壓為0.60 kN/m2，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)防分類為丙類，Ⅲ類場地;采用SATWE程序設(shè)計，MIDASGEN復(fù)核。

工程特點是首層候車廊緊挨主通道，地下結(jié)構(gòu)柱無法上延，且該范圍3層，4層為內(nèi)廓中空設(shè)計，為避免上部中空兩側(cè)結(jié)構(gòu)均有約10m懸挑，則2層需設(shè)大量梁上柱;經(jīng)多方案比較分析，最終采用了鋼骨混凝土斜撐來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。

2 斜撐轉(zhuǎn)換的特點和優(yōu)點

2.1 斜撐轉(zhuǎn)換的特點

在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，由于建筑功能的需要，豎向構(gòu)件不能連續(xù)時，需要通過轉(zhuǎn)換構(gòu)件對豎向構(gòu)件進行轉(zhuǎn)換，當上部重力荷載比較大時，采用傳統(tǒng)的梁式轉(zhuǎn)換，梁截面一般都比較大而且配筋量也多，這樣造成下部凈空使用受到限制和施工困難，同時也容易因結(jié)構(gòu)豎向重量和剛度突變造成結(jié)構(gòu)整體抗震不利;斜撐轉(zhuǎn)換以更為合理的受力方式用構(gòu)件受壓受拉替代轉(zhuǎn)換梁受彎受剪來承受重力荷載，其通過斜撐受壓和樓蓋受拉來將上層柱(或梁)傳來的重力荷載傳至下層柱，上下層的剛度比也因沒有大剛度轉(zhuǎn)換梁存在而變化幅度很小，在水平地震作用下，可以避免結(jié)構(gòu)層間剪力和構(gòu)件內(nèi)力發(fā)生突變，有利于結(jié)構(gòu)抗震。

2.2 斜撐轉(zhuǎn)換的優(yōu)點

初設(shè)階段在2層原采用型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁，截面為1 000 mm× 2 500 mm，內(nèi)設(shè)H型鋼25×2 200×600×25，普通鋼筋還需配筋率達1%;這么大的梁不僅結(jié)構(gòu)自重大、配筋多，給施工帶來不便，而且在深化設(shè)計中，綜合設(shè)備和公交候乘、主通道凈空等要求下，建筑結(jié)構(gòu)梁高不超過1.8 m。在此限制下經(jīng)過多方案對比，最后認為圖1和圖2兩種方案較適合本工程。其中斜拉桿和斜撐截面均為600 mm×800 mm，均內(nèi)設(shè)H型鋼30×500×200×20，下弦梁均為600×1 500混凝土梁;以下所有結(jié)果對比和示例均為建筑～軸交軸處斜撐，經(jīng)計算，方案1均為拉桿，方案2為壓桿，2層，3層，4層軸力分別為4 505 kN，3 479 kN，3 458 kN和-5 408 kN，-4 767 kN，-5 089 kN;方案1斜桿配筋率2層約1.7%，其他層和方案2所有層均約1.0%;兩方案2層下弦梁配筋與豎向位移均比較接近俱在合理范圍。

此時兩方案均可能實現(xiàn)，需進一步對比優(yōu)選;豎向構(gòu)件的轉(zhuǎn)換實際上是對力的傳遞，桿件的布置就是對力流的導(dǎo)向，桿件的拉壓，膜的張緊等均相對構(gòu)件彎切是產(chǎn)生最直接變形的高效力流體系;圖2中斜撐轉(zhuǎn)換實際在微觀上對圖1斜拉桿轉(zhuǎn)換力流導(dǎo)向的優(yōu)化，用壓桿代替拉桿傳力途徑直接且節(jié)點施工相對簡單，變形完全是由豎向剛度大的軸壓桿承擔，更能發(fā)揮材料力學(xué)優(yōu)勢和節(jié)省材料。經(jīng)對比最終采用圖2斜撐方案進行轉(zhuǎn)換，建筑現(xiàn)狀圖見圖3。

圖1 斜拉桿方案

圖2 斜撐方案

圖3 建筑現(xiàn)狀圖

3 斜撐轉(zhuǎn)換設(shè)計要點討論

3.1 模擬施工計算方法影響

Satwe中對恒荷載的計算包括一次性加載、模擬施工加載1、模擬施工加載2和模擬施工加載3。一次性加載按一次加荷方式計算豎向力，采用整體剛度一次加載模型，這種計算模型適用于多層結(jié)構(gòu)或有上傳荷載如吊柱等的結(jié)構(gòu);模擬施工加載3是采用由用戶指定施工次序的分層集成剛度、分層加載進行荷載下內(nèi)力計算。模擬施工加載1和模擬施工加載2算法定義原理具體詳見軟件用戶手冊。

一次性加載應(yīng)用比較少，模擬施工3擁有比較明顯的優(yōu)勢。但對某些工程的特殊部位，有可能要采用一次性加載的方式，這與施工工藝密切相關(guān)。要視實際施工時是否按照分層加載、分層找平的方式施工。通過一次性加載和將各層改為同一施工次序施工模擬3(結(jié)果都是2層，3層，4層斜撐軸力分別為-5 408 kN，-4 767 kN，-5 089 kN;2層下弦梁支座彎矩為-2 888 kN·m，跨中彎矩為1 607 kN·m，剪力為821 kN)、施工模擬1(上述列舉結(jié)果分別為-4 824 kN，-3 723 kN，-3 583 kN;-2 888 kN·m，1 607 kN·m，821 kN)、各層程序默認施工次序施工模擬3(上述列舉結(jié)果分別為-5 968 kN，-3 985 kN，-3 583 kN;-6 859 kN·m，3 047 kN·m，1 537 kN)計算比較，同時要求現(xiàn)場施工從首層開始斜撐轉(zhuǎn)換及其相關(guān)影響范圍內(nèi)腳手架，需待整體斜撐體系完成后再拆除，此時施工模擬3按程序默認各層施工次序計算已不符合實際工況受力情況，將各層施工次序修改為同一序號時，計算結(jié)果同一次性加載相同，根據(jù)實況和不同計算結(jié)果分析，斜撐轉(zhuǎn)換及其相關(guān)影響范圍內(nèi)構(gòu)件采用一次性加載計算設(shè)計，并采用模擬施工3程序默認各層施工次序結(jié)果對相關(guān)構(gòu)件進行復(fù)核加強。

3.2 斜撐轉(zhuǎn)換的彈性大震復(fù)核

本工程通過控制關(guān)鍵構(gòu)件在大震作用下極限承載力大于彈性反應(yīng)譜大震計算等效組合內(nèi)力來滿足規(guī)范的“大震不倒”的抗震設(shè)防目標。在設(shè)防烈度為7度時，水平大震作用下關(guān)鍵構(gòu)件組合內(nèi)力Sm表達式為:

其中，SG為彈性計算重力荷載效應(yīng)標準值;SEa為彈性計算小震作用效應(yīng)標準值。

經(jīng)復(fù)核上下層柱及下弦梁配筋需按大震結(jié)果進行加強，埋設(shè)有H型鋼斜撐滿足承載力要求。

3.3 樓蓋振動舒適度驗算

根據(jù)JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程3.7.7條對樓蓋豎向振動舒適度的要求，采用Etabs軟件對斜撐體系相關(guān)范圍內(nèi)下弦樓蓋典型樓蓋進行了計算分析;前三振型周期分別為0.228 s，0.219 s和0.213 s，結(jié)構(gòu)的自振頻率均大于3 Hz;豎向振動峰值加速度為0.054m/s2，不超過規(guī)范要求0.178m/s2，結(jié)果表明斜撐轉(zhuǎn)換體系不僅滿足受力要求，同時也使下弦樓蓋滿足舒適度要求。

4 結(jié)語

大跨度開敞空間條件下，通過桿件受壓更有效發(fā)揮材料性能的斜撐轉(zhuǎn)換，與大截面轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)相比，轉(zhuǎn)換效率更高一些，而且上下層豎向結(jié)構(gòu)重量和剛度突變較小，具有更好的抗震性能;同時有必要復(fù)核關(guān)鍵構(gòu)件如斜撐、上下層柱、下弦梁滿足“大震不倒”的抗震設(shè)防目標。

［1］ GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］ GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］ 徐培福，傅學(xué)怡，王翠坤，等.復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005.

On application of inclined support conversion structure at podium s of Dongping Square

Lin Guokun

(Guangdong Architectural Design Institute，Guangzhou 510010，China)

Based on some building’s needs for larger space with the inclined support conversion structure on the second floor to support the upper loading，the paper considers various simulation construction calculationmethods，rechecks the bearing capacity ofmajor earthquakes，undertakes the analytic design for the inclined support conversion，and proves by the result that it has high efficiency，identical force transferring routes，and better anti-seismic performance，so it has positive comprehensive effect.

inclined support conversion support，construction simulation，calculation，structural design

TU318

A

1009-6825(2015)29-0026-02

2015-08-09

林國坤(1985-)，男，工程師