南京大學大學生活動中心結構設計探討

文/陳佳 南京大學建筑規劃研究院有限公司 江蘇南京 210093

南京大學大學生活動中心結構設計探討

文/陳佳 南京大學建筑規劃研究院有限公司 江蘇南京 210093

根據上述特點，經與建筑師協調，房屋高度較低區域柱截面加大，房屋高度較高區域：單層空曠區域柱截面不變，加大配筋；其他區域柱截面加大至建筑師許可的最大程度，在中震彈性不夠的方向單向加剪力墻翼墻，翼墻同建筑師協商盡量為長肢墻，局部無法避免短肢處短肢墻的截面高度與墻厚之比不小于6。

截面、配筋按中震彈性分析調整后，根據抗震規范，進行pushover靜力彈塑性分析，附圖中給出了結構的能力曲線與需求曲線，能力曲線與需求曲線的交點性能點處結構的最大層間位移角約為1/260左右，滿足規范要求。

3.裙樓屋面斜板的設計

（3.1）屋面斜板地震作用下的應力分析

屋面斜板斜度較大，根據方案階段的計算結果，若將屋面板按坡屋頂用平屋頂方式建模模擬，結構的第一周期為1.4s，而將屋面板按真實斜度建模，結構的第一周期為0.9s，這表明，屋面斜板對抗側剛度的貢獻不容忽視，同時，各個分區域剛度相差較大，中間樓層樓面標高眾多，區部樓板缺失，完整的屋面板是將各個分區域連接成一個整體，有效空間協同工作的重要抗震構件。屋面板在地震作用下應具備一定延性，這對確保整個結構的抗震延性，實現抗震性能設計目標有重要意義。為確保抗震性能目標的實現，對屋面斜板進行中震彈性計算，經反復計算，調整板厚，對局部薄弱部位進行加強，最終屋面斜板中震地震作用下各向應力計算結果的最大值如下表2，詳細的圖形計算結果見附圖。

表 2 各向中震作用下樓板的應力（MPa）板壓應力X向中震Y向中震板拉應力X向中震Y向中震Sx -1.064-0.405 Sx 1.16 0.373 Sy -1.33-0.483 Sy 0.505 0.458

從計算圖形結果可以看出中震地震產生的樓板拉應力峰值出現在屋面板端角、轉折角部、屋面板縮頸部兩端，方向與屋面板長向方向大致相同，最大拉應力峰值未超砼拉應力設計值ft。

（3.2）屋面斜板溫度作用下的應力分析

屋面板x向長度約123m左右，y向長度約80m左右。屋面板呈盤旋上升之勢，為一側放U型板帶，U型板帶總長約280m，結構未設溫度縫，且屋面高度相差較大，其下豎向構件抗側剛度差異較大，且U型板帶形狀不規則，存在縮頸、轉折區域，使得屋面在溫度作用下呈現復雜應力狀態，有必要進行溫度應力分析。

溫度應力由砼的自身收縮及季節溫差兩部分產生，砼收縮應力通過等效當量溫度模擬，考慮為-15℃，屋面間隔30～40m設置后澆帶，后澆帶封閉前考慮砼收縮完成60%，砼水化熱產生的溫度應力設定在后澆帶封閉前已經釋放。對于季節溫差，南京最冷月份的平均溫度為-2℃，最熱月份的平均溫度28℃，對于季節溫差，選擇合適的砼澆注時間可有效降低結構的溫度應力，對于本工程，土建施工為6月份開始，為確保屋面砼澆注在低溫季節進行，通過與甲方及施工單位會商，明確屋面砼澆注的時間為來年三月份，該月的平均溫度為10℃。因此結構考慮兩種溫度工況：升溫：28-10-0.4*15=12℃；降溫：-2- 10-0.4*15）=18℃。計算應力時，溫度作用的組合值系數、頻遇值系數和準永久值系數分布取0.6、0.5和0.4，應力折減系數取0.3，砼彈性模量折減系數取0.9。

屋面斜板溫度作用下各向主應力計算結果最大值如下表3，詳細的圖形計算結果見附圖。

表 3 溫度作用下樓板的應力（MPa）板壓應力升溫工況降溫工況板拉應力升溫工況降溫工況S1 0.503 3.456 S1 -1.067-0.16 S2 0.143 1.422 S2 -2.592-0.671

從計算圖形結果可以看出，溫度產生的樓板拉應力峰值出現在屋面板長向的端部和中部，最大峰值出現在中部，其值大于屋面板砼軸心抗拉強度設計值1.43MPa（C30），方向與屋面板長向方向大致相同，其位置與中震應力峰值位置不在同一區域。

（3.3）屋面板結構設計措施

根據計算結果，經院內部結構方案論證，決定沿屋面板長向通長施加預應力，以抵消砼產生的拉應力。因屋面板平面復雜，各區域抗側剛度相差較大，為避免施加預應力產生過大的次應力，將預應力筋的布置與樓面梁的設計結合起來，預應力筋全部集中布置在樓面梁中，預應力筋線型為直線筋，沿截面形心軸布置，僅施加預壓力，梁板截面施加的預應力平均壓力約為2MPa，基本抵消中震作用下屋面板的拉應力，大致保證溫度及預應力作用下屋面板砼的拉應力不超砼軸心抗拉強度設計值。預應力筋屋面結構布置圖見附圖。同時，加強材料及施工工藝控制，對材料、砼配合比、外加劑嚴格控制，對砼骨料、水泥品種、級配、外加劑。水膠比等給出具體量化指標，對砼澆注、養護給出詳細的技術要求。

4.裙樓施工的難點及設計的考慮

本工程造型獨特，屋面為平斜板+連接板組成，平斜板斜度及方向均不同，為空間平斜板，為保證空間平斜板平滑過渡，連接板呈現曲面板的形態，該點也是建筑造型的特色之一。下圖為其中一塊曲面板的單向視圖。斜板兩端端部橫截直線傾斜方向組成x型，以兩根端部直線為基準線按級數等分，相對直線連接兩端部直線等分點即得斜板網格線。左端最高臺階與最低臺階高差10m，右端最高臺階與最低臺階高差7m，斜板底面連接為一曲面。

圖3 曲面造型板A向視圖

曲面板區域較大，以上圖為例，該曲面板區域約40*50m，越過好幾個柱跨，區域需布置框架梁及板格屋面梁，同時，由于使用方要求，隨屋面高度增加，其下樓層數也增加，以保證盡可能多的使用面積，樓層過渡區域頂層樓層的使用凈高沒有富余，屋面層梁應緊貼曲面板，呈曲線梁造型。由此，曲線梁、曲面板施工如何定位成為一個難點，目前尚無專業結構軟件解決該問題，根據本工程特點，利用現有cad軟件，建立實體模型，再對實體在需要的方向取截面，可得該方向建筑造型的上下輪廓包線，結構骨架層應位于該包線之中，對于曲梁，采用折線去逼近曲線，給出折梁的折點處的位置及標高，對于曲板，設計采用網格三角形逼近曲面，每個三角形區域為斜平板，詳細定位圖給出每個三角形的坐標和標高。通過對實體模型若干方向取一系列截面，對曲面區域所有的梁高、板厚及梁板的轉折形狀進行定位，確保建筑造型及其下使用空間凈高，設計給出每根梁，每塊折板的模板定位圖，以指導施工。下圖為典型折梁、折板模板定位圖。

圖4 典型折梁、曲板模板定位圖

對于屋面斜板，局部區域斜板斜度過大，施工澆筑困難，通過與施工、監理會商，對砼配合比提出要求，避免初凝過早，同時對施工過程操作給出詳細要求，在滿足施工條件下，盡量減少坍落度，避免在大風降溫天氣時澆注砼，施工中根據斜板傾斜度不同，采取相應的措施，斜度較大板表面設置模板，斜度中等板表面采用小間距鋼絲網格壓面，斜度較小板采用大間距鋼絲網格壓面。通過各方努力，順利解決斜板成型問題。

三、結語

本工程為本院首例與國外建筑師合作項目，因國外建筑師抗震概念薄弱，建筑方案過于強調仿生，結構平、立面復雜，為特別不規則結構，通過施工圖設計階段與建筑師的緊密配合，審圖階段結構專家的指導，以及施工階段甲方及施工單位的大力支持，對該結構在方案、設計、施工三階段認真準備，精心設計，以及積極配合施工，較好的完成了該項工程的建設。

[1] GB50011-2010建筑抗震設計規范[S].

[2] JGJ3-2010, 高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[3]韓重慶，孟少平，大面積混凝土梁板結構溫度應力問題的探討[J].建筑技術，2000,（3）.

[4] 王鐵夢.《工程結構裂縫控制》