保利瓏門(mén)|系桿拱連體大跨度結構
2019-05-17
保利瓏門(mén)廣場(chǎng)項目是佛山南海新軸線(xiàn)上的地標建筑,其“南國之門(mén)”的連體建筑造型為結構的實(shí)現帶來(lái)挑戰。瀚華作為該項目的結構設計咨詢(xún)單位,在基于造價(jià)經(jīng)濟和結構安全的綜合考慮下,探討多個(gè)方案,最終通過(guò)系桿拱連體結構設計完美滿(mǎn)足了立面造型和天面泳池視野需求。
該方案建立4榀兩層通高桁架連接兩塔樓,具有受力明確,榀數適中,橫向次梁跨度適中,連體桁架斜腹桿對稱(chēng)的特點(diǎn),但是第二榀桁架傳力不直接、第三榀桁架的斜腹桿暴露在室內對建筑會(huì )造成一定影響。
和4格通高桁架方案對比,該方案更加符合建筑模數,但是同樣具有第二榀桁架傳力不直接和第三榀桁架影響建筑空間的問(wèn)題,并且由于新增一格,故連體桁架斜腹桿不對稱(chēng)。
建立3榀兩層通高桁架,相較上述方案具有對建筑空間無(wú)影響(中間桁架藏在隔墻內),榀數使用較少,連體桁架斜腹桿對稱(chēng)的優(yōu)點(diǎn)。但缺點(diǎn)為中間榀桁架傳力不直接,橫向次梁跨度較大。
42層為連體結構下一層,通過(guò)將部分空間設置為設備層,在該層建立5榀聯(lián)系兩塔樓的桁架,托換上部?jì)蓪涌蚣芙Y構連體。該方案的優(yōu)點(diǎn)為對連體建筑內部空間和外立面均影響較小,缺點(diǎn)為需犧牲42層部分住宅空間,且由于桁架跨高比較大,桁架需要較高的含鋼量才能滿(mǎn)足受力、變形和舒適度要求,結構造價(jià)高。
結合結構轉換層,留出隔震支座空間,通過(guò)隔震支座支承連體的桁架,這一種做法可以使得塔樓的受力和變形基本獨立,在水平荷載作用下受連體的影響基本可以忽略,但是由于隔震支座變形大,使防震縫較寬,所以建筑難以處理,并且隔震支座也需要定時(shí)維護。
系桿拱連體結構體系是本項目中采用的方案。系桿拱結構以鋼管混凝土拱肋受壓、連接兩端拱腳的型鋼系桿受拉的拉桿拱受力特征,充分發(fā)揮鋼管混凝土材料適合受壓、鋼材適合受拉的各自?xún)?yōu)勢,相比傳統的以受彎為受力特征的整體桁架或者是托換桁架大跨度結構,具有結構輕巧美觀(guān)、造價(jià)經(jīng)濟以及能較大程度滿(mǎn)足建筑使用功能和外觀(guān)要求的優(yōu)點(diǎn)。
為了可以更加好的實(shí)施方案,本工程對采用的系桿拱連體結構,在受力機理和特點(diǎn)、整體穩定及節點(diǎn)的設計與分析、施工模擬及施工階段的驗算、系桿受拉伸長(cháng)變形對樓蓋的影響等方面,作深入詳細的分析論證。
系桿拱結構三維模型圖
系桿拱的布置與特點(diǎn)
剛性系桿兼作樓蓋主梁可以使得建筑物在某根吊桿失效的時(shí)候依然擁有較好的抗連續倒塌能力,并且造價(jià)經(jīng)濟,適合在實(shí)際工程中使用,為本項目采用方案。
施工模擬
考慮到本項目的獨特性,特意將項目進(jìn)行了施工模擬分析,更加全面的了解項目的各個(gè)施工階段。
CS45施工步示意圖
CS47施工步示意圖
抗連續倒塌分析
為了獲得更加好的抗連續倒塌能力,特意采用了剛性系桿剛性拱,該結構的優(yōu)點(diǎn)是在某根吊桿破斷后,縱向系梁剛度和強度較大,仍具有繼續抵抗荷載的能力而使樓面不垮塌。
溫度作用計算
在溫度的影響之下結構將會(huì )發(fā)生形變,這也會(huì )使得建筑受到破壞,故本工程考慮均勻溫度作用,以拱結構形成約束并澆筑混凝土的溫度為初始溫度,考慮結構在最高和最低平均溫度對應溫差下結構的作用效應。并根據《建筑結構荷載規范》進(jìn)行了相關(guān)的計算,得出溫升溫降對系桿拱結構產(chǎn)生有意義的影響,設計時(shí)不應忽略。
溫升工況下Sig-yy應力圖
系桿拱的整體穩定承載力驗算
鋼管混凝土拱肋截面一般由面內整體穩定承載力控制,采用《拱形鋼結構技術(shù)規程》的經(jīng)驗公式計算,因未考慮連體二層和頂層對拱肋的支撐,結果是偏于安全的;如采用《鋼管混凝土拱橋技術(shù)規范》公式計算,則結果更加保守,同時(shí)尚考慮了鋼管初應力和徐變的影響。
結構舒適度計算
通過(guò)對最不利振動(dòng)點(diǎn)的選取,計算豎向振動(dòng)模態(tài),確定出樓板振動(dòng)最不利的區域。經(jīng)計算,連體樓蓋滿(mǎn)足豎向舒適度的要求。
節點(diǎn)的有限元分析
通過(guò)對節點(diǎn)進(jìn)行有限元分析可以更加好的了解拱腳節點(diǎn)處由拱肋受壓轉化為系桿受拉的內力傳遞情況。
保利瓏門(mén)項目概況
工程地點(diǎn):佛山南海大瀝地區新軸線(xiàn)
用地面積:6039.58㎡
建筑面積:111567.50㎡
咨詢(xún)團隊:姚永革 嚴仕基 葉云青
合作單位:保利華南實(shí)業(yè)有限公司
廣州呂元祥建筑設計有限公司
佛山市嶺南建筑設計咨詢(xún)有限公司