柳东新区文化广场结构设计难点分析_刘昶.pdf

第 53 卷 第 13 期2023 年 7 月上建 筑 结 构Building StructureVol.53 No.13Jul.2023DOI:10.19701/j.jzjg.LS210047 第第一一作作者者:刘昶,学士,正高职高级工程师,主要从事结构设计工作,Email:4755943 。柳东新区文化广场结构设计难点分析刘 昶,谢黎明,向 虎,邱 剑(中信建筑设计研究总院有限公司,武汉 430014)摘要:柳东新区文化广场地上结构分为 A 区(A1 科技馆、A2 青少年宫)、B 区(B1 群艺馆、B2 文化配套中心)、C区(拱廊)。地下设有两层连通的人防地下室。A 区、B 区上部结构从下至上逐层倒悬外挑、平面尺寸逐层扩大。外围结合建筑要求设置斜柱支撑外圈结构,利用钢梁将斜柱水平分力传递至内侧结构。柱底采用一种浅埋式钢管混凝土柱柱脚构造,倒悬外挑部分采用钢梁+钢筋桁架楼承板以避免高支模施工。介绍了基础和主体结构的设计思路,对 A、B 区倒悬外挑结构和 C 区拱廊桁架的受力进行了分析,分析结果表明,结构设计合理。关键词:钢管混凝土柱;钢骨混凝土梁;斜柱;浅埋式钢管混凝土柱柱脚;钢梁+钢筋桁架楼承板;钢桁架 中图分类号:TU318 文献标志码:A文章编号:1002-848X(2023)13-0052-05引用本文 刘昶,谢黎明,向虎,等.柳东新区文化广场结构设计难点分析J.建筑结构,2023,53(13):52-56,103.LIU Chang,XIE Liming,XIANG Hu,et al.Analysis on structural design difficulties of Liudong New District Culture SquareJ.Building Structure,2023,53(13):52-56,103.Analysis on structural design difficulties of Liudong New District Culture Square LIU Chang,XIE Liming,XIANG Hu,QIU Jian(CITIC General Institute of Architectural Design and Research Co.,Ltd.,Wuhan 430014,China)Abstract:The above ground structure of Liudong New District Culture Square is divided into zone A(Science and Technology Museum A1,Youth Palace A2),zone B(Mass Arts Museum B1,cultural supporting center B2),and zone C(arcade).There are two connected basements with civil air defense function in the underground.The upper structures of zone A and zone B are overhanging from bottom to top,expanding floor by floor.The external ring structure of the building is supported by inclined columns according to architecture design requirements,and steel beam is used to transfer the horizontal force of the inclined column to the inner structure.The bottom of the columns adopts a shallow buried concrete-filled steel tube column base structure,and the inverted overhanging part adopts steel beams+steel truss floor bearing plates to avoid high formwork construction.The design ideas of the foundation and main structure were introduced,and the forces acting on the inverted overhanging structure in zone A and B,as well as the arch truss in zone C,were analyzed.The analysis results show that the structural design is reasonable.Keywords:concrete-filled tube column;steel reinforced concrete beam;inclined column;shallow buried concrete-filled steel tube column base;steel beam+steel truss floor bearing plate;steel truss 1工程概况 柳东新区文化广场位于广西壮族自治区柳州市柳东新区核心区,北临纬九路,南临龙湖,西临新儒路,建设用地东西向约 400m,南北向约 190m,总用地面积为 68 951.9m2,总建筑面积为 194 946m2,其中地上建筑面积为 126 885m2,地下建筑面积为68 061m2。本工程以“蝶舞”作为设计构思,展现百花齐放、蝶舞翩翩的建筑造型,采用椭圆变体作为建筑基本形态,鸟瞰图见图 1。本工程地上结构分为 A 区(A1 科技馆、A2 青少年宫)、B 区(B1 群艺馆、B2 文化配套中心)、C 区(拱廊),A 区、B 区、C 区之间设置变形缝脱开,各区2 层室外设置标高 5.4m 大平台,分区示意见图 2。地下设有两层连通的人防地下室,平时功能为设备用房及停车库,地下 1 层层高 5.6m,地下 2 层层高 4.2m,地下室长约 310.0m,宽约 137.0m,基本柱网开间有 8.4m 和 9m,采用钢筋混凝土框架结 图 1 柳东新区文化广场鸟瞰图第 53 卷 第 13 期刘 昶,等.柳东新区文化广场结构设计难点分析图 2 分区示意构,其中地下 1 层楼面及地下室顶板无上部结构的范围采用密肋梁楼盖,塔楼范围内由于异形板块较多,采用普通钢筋混凝土楼板。上部结构嵌固部位为地下室顶板。A 区、B 区大屋面建筑标高均为 27.900m。A1 区、A2 区结构地上在标高 5.40m 的 2 层大平台及标高 27.90m 屋面连为一体,A1 区地上 5 层(不含局部小屋面),1层层高 5.4m,2 4 层层高均为 6.0m,5 层层高4.5m;A2 区地上 6 层(不含局部小屋面),1 层层高5.4m,2 层及以上层高均为 4.5m。B1 区、B2 区结构在标高 5.40m 的 2 层大平台及标高 27.90m 屋面连为一体,B 区地上 6 层(不含局部小屋面),1 层层高 5.4m,2 层及以上各层层高均为 4.5m。A 区、B区基本柱网为 9m9m,结构平面逐层倒悬外挑,平面尺寸逐层扩大,5 层达到最大平面尺寸。A 区、B区为钢骨混凝土梁-钢管混凝土柱混合框架高层结构。C 区拱廊结构为跨度约 65m 的空间钢结构桁架。项目整体结构实景见图 3。图 3 整体结构实景A、B、C 区框架梁、框架柱、钢桁架安全等级为一级,其余构件安全等级为二级。抗震设防烈度为6 度,设计基本地震加速度为 0.05g,设计地震分组为第一组。根据建筑结构荷载规范(GB 500092012)1,重现期50 年的基本风压为0.30kN/m2,地面粗糙度 B 类,体型系数为 1.4;柳州地区无积雪。2基础设计 本工程地基基础设计等级为甲级,采用柱下扩展基础加防水底板的基础形式(图 4,图中 la为钢筋锚固长度),基础持力层为白云岩微风化层,此层承载力特征值 fak6 500kPa。对于柱底轴力、弯矩较大的钢管混凝土柱,钢管混凝土结构技术规范(GB 509362014)2规定,柱脚埋入深度不宜小于钢管混凝土柱截面长边尺寸的 2.0 倍;高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ 32010)3(简称高规)规定,柱脚埋入深度不宜小于钢管混凝土柱截面长边尺寸的 2.5 倍。另外,为了施工临时固定,柱脚下需要预埋锚栓,柱脚底板以下的混凝土厚度不宜小于 0.5m,且柱脚下混凝土部分需满足抗冲切要求。本工程基础持力层为白云岩微风化层,基底以下的爆破深挖会大大提高造价和施工难度。综合考虑以上情况,柱脚设计时,采用了一种浅埋式钢管混凝土柱柱脚构造4,此柱脚构造是由钢管混凝土柱和 H 型钢牛腿焊接而成的浅埋式柱脚构造,见图 5。与上述规范建议的方法相比,该工法能在减小土方开挖深度、降低施工难度的同时,保证钢管混凝土柱柱脚的抗剪、抗冲切、抗弯能力不降低,从而可靠传递轴力和弯矩。图 4 基础与防水板构造详图图 5 钢管混凝土柱脚构造详图3上部结构设计 A、B 区结构属于高度未超限但存在多项不规则项的超限结构,不规则项如下:A 区较多楼层扭转位移比大于 1.2,局部楼层楼板开洞面积大于 30%;A1 区局部楼层侧向刚度小于上层的 70%或小于相邻上部 3 层侧向刚度的平均值;A1、A2 区通过 2 层大平台和屋面连接形成连体,结构外围均有斜柱。B 区较多楼层扭转位移比大于 1.2,B 区 2 层有效楼板宽度小于楼板总宽度的 50%;B1、B2 区通过 2 层大平台和屋面连接形成连体,结构外围均有斜柱。由于 B1 区群艺馆主要功能为剧场,空间最为复杂,35建 筑 结 构2023 年B1 区典型平面、剖面见图 6、7。本项目上部结构,主要竖向构件为外径 800mm 的钢管混凝土柱(柱内混凝土强度等级为 C40);A、B 区主要框架梁截面400(700800),梁内设置 H 型钢构造钢骨,满足钢骨混凝土结构技术规程(YB 90822006)5的要求;主要楼板厚度 100120mm;C 区桁架弦杆采用外径 108450mm 的圆钢管;上部梁、板混凝土强度等级为 C30,型钢材性均为 Q345B。A 区、B 区结构形式相同,限于篇幅,下文重点阐述 B 区和 C 区拱廊的结构设计难点分析。图 6 B1 区典型平面图图 7 B1 区剖面图本项目为集科技馆、青少年宫、群艺馆(含 297座报告厅、1 200 座剧场)、文化配套中心(含多功能影院)于一体的大型多功能文化公共建筑,且各栋均设有大量面向青少年的培训室、图书室、活动室、展厅、排练厅等教学用房。根据建筑工程抗震设防分类标准(GB 502232008)6及超限审查意见,本工程抗震设防类别为重点设防类(即乙类建筑),按抗震设防烈度 6 度进行抗震计算分析,按抗震设防烈度 7 度采取抗震措施。A、B 区塔楼及 C区标高 5.400m 大平台框架抗震等级为二级;C 区标高 5.400m 以上钢结构拱廊抗震等级为四级。经过对倾覆力矩的比较,风荷载作用下的倾覆力矩远小于地震作用下的倾覆力矩,整体结构设计时,地震作用为控制工况。根据高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ 32010),本工程结构抗震性能目标选取为 C 级,即多遇地震达到性能水准 1、设防地震达到性能水准 3、罕遇地震达到性能水准 4。按超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点(建质201567 号)7进行抗震性能化设计。3.1 主要设计和施工难点 本工程建筑立面倒悬外挑,且挑出跨度较大,建筑造型要求周边设置斜柱承托上部结构荷载,5层悬挑区域相对 2 层,最大