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贵阳渔安中天文化活动中心钢结构设计介绍
来源:建筑钢结构网  作者:郑竹 陈春凡 吴英家 李开伦  时间:2013-11-27   关键词:贵阳渔安中天文化活动中心
摘要:贵阳渔安中天文化活动中心位于贵阳市渔安新城区,建成后将成为中天城投集团销售中心和文化中心。本建筑地上主体部分由3个馆组成,且均为钢结构。其中1号馆为钢框架与钢拉杆体系、2号馆为钢框架与钢桁架支撑体系、3号馆为纯钢框架体系; 1号馆内部设一独立云钢结构为空间网架结

摘 要:贵阳渔安中天文化活动中心位于贵阳市渔安新城区,建成后将成为中天城投集团销售中心和文化中心。本建筑地上主体部分由3个馆组成,且均为钢结构。其中1号馆为钢框架与钢拉杆体系、2号馆为钢框架与钢桁架支撑体系、3号馆为纯钢框架体系; 1号馆内部设一独立云钢结构为空间网架结构。该建筑结构体系极其复杂,在设计过程中采用了PKPMETABS等多种软件进行结构计算、分析、设计。本文主要介绍该文化活动中心的钢结构设计。

关键词:文化活动中心 钢框架结构 空间钢结构 ETABS

1 结构与体系

1.1 项目概况

贵阳渔安中天文化活动中心位于贵阳市渔安新城区,整体长约102m,宽约61m,高约21m,基底面积约5329 m2,地下2层总为车库、设备、库房,地下面积约为12600 m2,地上3层为活动室、办公、服务,地上面积约为8816m2。建成之后该建筑将成为中天城投集团销售中心和文化活动中心。

1.2 结构体系

本工程地下为钢筋混凝土结构,地上为钢结构,地上部分又分为3个独立的小馆,1#馆长约59m,宽约23m,共一层高约20m,外部为预应力拉索幕

墙结构,荷载较大,结构形式采用钢框架加钢拉杆结构体系,为了减少柱的计算长度,在9.8m标高位置增设了一圈外框梁;3号馆分三层,楼板采用钢筋桁架楼承板,上人楼面,荷载大,建筑外形规则,结构传力简单明确,采用圆钢管柱加H型钢梁钢框架结构体系即满足使用要求;2号馆总体分三层,钢筋桁架楼承板,荷载大。另建筑外形复杂,高低错落,局部区域跨度大,楼面部分区域有覆土及大型机房,同样采用钢框架加钢桁架结构体系;1#馆内部云钢结构,外形独特,空间杆件错综复杂。云结构沿竖向分为9个平面,每个平面间距2m,水平向杆件都布置于每个平面中,而沿长度方向分为若干个间距3.3m竖向立面,竖向杆件布置在各立面中,横向及竖向各杆件交汇形成即空间网架结构。各馆部分建筑平立面及结构相关图详图1~图11

1.3 结构整体性能

根据各计算结果,三小馆前三周期分别见表2~表4

1 1#馆前三周期


             

从表1可以看出,1号馆结构周期较长,结构偏柔,原因是结构柱距大,没有楼板,屋面及侧面梁稀疏大部分通过拉杆来连接。

 

1 首层平面建筑图(贵阳渔安中天文化活动中心

 

2 二层平面建筑图

 

3 1号馆立面图

 

4 1#馆三维图

 

5 2#a-1轴立面图

 

6 2#a-2轴立面图

 

7 2#馆三维图(贵阳渔安中天文化活动中心

8 云结构三维图

 

9 云结构俯视图

 

 

10 3号馆二层平面图(贵阳渔安中天文化活动中心

 

11 3号馆屋面平面图

 2 2号馆前三周期


3 3#馆前三周期


2号馆,3号馆各三层,且层高相当,从表2,表3中看出,2号馆周期明显比3#馆的要长,原因是2#结构跨度大,内部有高低错层,刚度较弱,结构荷载大。

结构在XY方向地震作用下的基底总反力如表4

4 地震作用下基底反力表(kN


 

1号馆基底反力偏小主要是因为结构没有楼板,结构总质量少。

各馆在地震力作用下最大位移见表5

5 地震作用下最大位移(mm

从表5可以看出,3号馆整体刚度较大,位移较小,2号馆位移较大,刚度较柔。以上位移均远少于1/350

2 构件设计与构造

2.1 构件设计

根据三个独立的小馆的结构形式采用不同的设计软件对其进行计算分析。1号馆结构规则,楼层简单,建筑要求应用钢拉杆,运用ETABS建模可满足结构计算要求;2号馆外形多变,空间关系复杂,结构形式也用了钢拉杆,分析时也采用ETABS进行结构计算;3号馆结构楼层清晰,且梁柱形式简单,故用PKPM做结构分析设计;1号馆内部云结构形状极为不规则,且复杂多变,是一个纯空间结构,因此采用SAP2000进行结构计算。

钢构件设计是钢结构设计中最为重要的一环,构件截面大小将决定结构的安全性及舒适性,而截面的形状不仅影响建筑立面效果,更关系到钢结构加工制作与安装,进而影响工程的施工进度。

1号馆中所有柱均采用矩形钢柱B600×600×24×24内部灌C50级混凝土,柱钢材为Q235B,屋面钢框梁截面为B900×600×20×309.8m标高位置钢框梁截面为B600×600×16×16,拉杆Ф50实心钢拉杆,钢梁及钢拉杆材质均为Q345B2#馆构件截面较多,柱截面为Ф800×30、Ф600×20圆钢管柱,其内部均灌C50级混凝土,梁截面均为H型钢梁;3号馆柱Ф800×30,梁为H型钢;1号馆内部云结构纵向构件截面为Ф350×16,横向构件截面为Ф350×8,底座环形钢梁为H600×600×12×16,材质均为Q235B。该工程主要构件截面详见表6:

构件截面表

本项目为文化活动中心,人流密集,结构跨度大;局部区域还有大型机房及覆土,结构荷载大;大面积幕墙结构,预应力拉索荷载大。人员活动时结构会产生竖向振动,为了避免结构产生共振,减少人行不安全舒适感,结构上部竖向自振频率不应小于3Hz。因此本结构计算并不是由结构扰度控制,而是由结构舒适度控制。结构竖向自振频率由式2.1确定:

                  2.1

从式2.1中可以看出结构自振频率与结构总刚度的平方根成正比,与结构总质量平方根成反比,要提高结构的竖向自振频率,则增强结构自身刚度。

经计算分析2#馆与3#馆楼板的竖向自振频率分别为3.125 Hz3.45Hz,均大于3.0Hz,满足要求。

2.1 节点及构造

钢结构节点设计在钢结构设计中占据着举足轻重的作用,节点设计的好坏直接影响到钢构件搭接的可靠性和整个结构的安全性。规范也明确规定:强节点弱构件,正是通过一个个强节点才把松散的钢构件连接成一个整体,形成结构总刚度。钢结构工程中节点一般分为柱脚节点,梁柱节点,支撑节点,梁梁节点及拉杆节点等。

柱脚节点是连接上部钢结构与下部其它结构的桥梁,关系到上部钢结构的整体稳定与安全。本工程中主体钢结构柱脚节点主要采用埋入式柱脚:环形柱底板与柱采用坡口焊焊接,底板通过锚栓与下部混凝土或基础连接,柱壁打栓钉使钢柱与外部混凝土咬合,这种节点形式简单,传力明确,加工制作方便,安装容易,详如图12

   

12 埋入式柱脚

梁柱节点是保证横向构件梁上荷载顺利传递到竖向构件柱的一种连接形式。本项目梁柱节点均采用内隔板式梁柱连接:内隔板开灌浆孔及通气孔,两隔板之间加竖向加劲板与柱内壁全熔透焊接,当两边梁不等高时,矮梁采用加腋处理,如图13

13 内隔板式梁柱连接

该工程梁和桁架支撑都采用H型钢,容易加工制作,节点连接简单,支撑节点在节点域将支撑进行放大处理并在梁柱位置加设与支撑翼缘等厚的加劲板。梁梁连接分梁梁刚接和梁梁铰接,其中铰接只用螺栓连接次梁的腹板,次梁翼缘板不与主梁焊接。如图1415

      

为满足建筑的立面和幕墙要求,在1号的侧面及屋面都设计有Ф50钢拉杆,其节点形式主要是通过50厚钢板来连接钢拉杆与主结构,连接板上打孔连接拉杆,这种连接方式简单可靠,施工方便,详见图16,17

      

3

本项目钢结构整体分为三个小馆,依据各小馆的建筑特点及幕墙要求采用不同的结构体系,并通过不同的结构软件对其进行分析与计算,在保证结构安全可靠的前提下,满足结构的舒适度要求。在结构设计过程中通过对钢构件截面的选取,来实现钢结构加工与制作及安装的便利,从来节省工期和造价,这是本项目的最大特点。

参考文献

[1] GB50017-2003.钢结构设计规范[S]. 北京:中国计划出版社,2003

[2] CECS 159.矩形钢管混凝土结构技术规程[S]. 北京:中国计划出版社,2004

[3] JGJ 99-98.高层民用建筑钢结构技术规程[S]. 北京:中国计划出版社,1999

 

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