國際園林博覽會長江文明館鋼結構設計

胡俊華

一、工程概況

本工程為第十屆中國（武漢）國際園林博覽會長江文明館，位于園博園的中心地帶，坐落于武漢市三環(huán)線南側約100米、古田二路東側1800米，為大跨度高空間結構，建筑占地面積34000平方米，總建筑面積31080平方米，建筑高度13.1米。建筑主體地上一層，局部設夾層，場館部分為鋼框架，辦公部分(E區(qū)、G區(qū))為鋼筋混凝土框架，基礎采用預應力高強混凝土管樁。工程建筑效果見圖1所示。結合建筑平面布置及造型要求，通過設防震縫分為A、B、C、D、E、F、G七個結構單元,結構分區(qū)見圖2。

圖1 建筑效果

圖2 結構分區(qū)示意

二、結構選型

1.：A區(qū)南門廳屋面為雙層可呼吸式玻璃屋面，結構立柱選用500x10無縫鋼管，與基礎剛接，鋼梁選用矩形鋼管桁架。桁架上下弦桿截面為矩管250x200x10,：斜腹桿為方管150x150x5,：豎腹桿為方管150x150x4，桁架與鋼管柱鉸接連接，材質(zhì)均為Q235B。

2.B區(qū)展廳，因建筑設計屋面為種植屋面，有覆土，屋面主梁跨度為25m，以及建筑專業(yè)對鋼柱造型的要求，結構立柱選用箱型柱，翼緣和腹板厚度均為30mm，材質(zhì)為Q345B,立柱與基礎剛接，主鋼梁選用變截面箱型梁，腹板厚度為20mm，翼緣厚度為60mm,：材質(zhì)為Q390B,：梁跨中起拱：L/500，梁與柱鉸接連接。次梁選用熱軋H型鋼，材質(zhì)為Q345B：。結構樓面采用壓型鋼板-混凝土非組合樓板。B區(qū)局部結構平面布置見圖3所示。

3.C區(qū)中央展廳,因建筑設計屋面為屋頂平臺，沒有覆土，屋面主梁跨度也為25m,：結構立柱選用：500x12無縫鋼管，與基礎剛接，主鋼梁選用等截面箱型梁，腹板厚20mm，翼緣厚30mm,：梁跨中起拱：L/500，與柱鉸接連接。次梁選用熱軋H型鋼，材質(zhì)均為Q345B：,樓面結構形式同B區(qū)。

4.D區(qū)展廳結構布置基本與B區(qū)左右鏡像對稱，在此不再贅述。

三、結構靜力分析與計算

1.設計荷載取值

設計荷載是結構分析的重要依據(jù)，取值的合理準確將直接影響結構的安全性和經(jīng)濟性。本結構設計主要荷載有永久荷載；可變荷載有活荷載、雪荷載、風荷載以及地震作用。根據(jù)GB：50009-2012、GB：50011-2010(2016年版)，B區(qū)相關荷載及工況組合分別介紹如下:

（1）永久荷載：裝修荷載加上結構構件自重(結構構件自重由計算程序自動計算)。

（2）活荷載：屋頂平臺為3.5KN/m2，屋頂采光天窗為1.0：KN/m2。

（3）雪荷載：基本雪壓S0為0.50KN/m2。

（4）風荷載：基本風壓ω0為0.35KN/m2,地面粗糙度類別為B類。

（5）地震作用：本結構抗震設防烈度為6度(0.05g)，設計地震分組為第一組，Ⅱ類場地土。

2.荷載工況組合

在荷載工況組合時考慮了以上所列各項荷載標準值,根據(jù)GB50009-2012的要求，結構應力計算分析及穩(wěn)定驗算主要考慮以下幾種荷載組合工況：

（1）1.2：恒載；

（2）1.2：恒載：+：1.3地震荷載；

（3）：1.2：恒載：+：1.4活載；

（4）1.2：恒載：+：1.4風載；

（5）：1.2：恒載：+：1.4：x：0.9：活載：+：1.4：x：0.9：風載；

（6）1.2：恒載：+：1.2：x：0.5：活載+：1.3地震荷載。

3.計算結果

結構分析采用中國建筑科學研究院研發(fā)的PKPM以及同濟大學研發(fā)的3D3S按照前述荷載取值及工況組合，按GB：50017-2003《鋼結構設計規(guī)范》設計，對結構進行空間整體分析。對主要受力桿件的應力按鋼材強度設計值的85%控制，本結構主體鋼材主要采用Q345-B低碳合金鋼，即控制主要構件的最大應力不大于236Mpa。

計算時，先初步確定構件材質(zhì)及截面，再經(jīng)過計算及結果信息反饋，最后再對結構進行校核、調(diào)整、計算和優(yōu)化，直至得到經(jīng)濟合理、安全適用的滿意結果。在計算中除按規(guī)范考慮有關荷載外，也考慮了由于施工誤差引起和可能發(fā)生的支座位移等,最終計算結果均滿足強度、穩(wěn)定性和剛度要求。B區(qū)計算模型見圖4。

圖3 B區(qū)局部結構平面布置圖

圖4 B區(qū)整體計算模型

四、結語

1.對于承受混凝土重樓蓋的大跨度結構，采用全鋼空間結構體系比較合理，抗震性能好，也可以兼顧建筑對結構外觀造型流暢、美觀的要求。

2.采用三維空間計算軟件對工程結構進行整體分析，確保了結構設計的安全性、適用性、經(jīng)濟性和合理性。

3.結合工程特點設計的節(jié)點設計原則確定合理，能夠適應結構受力要求，與計算模型吻合。

4.該館于2015年9月25日正式投入使用，目前使用情況良好，表明設計中采用的各種計算方法和措施是切實可行的。