台州某商业广场超长结构及大悬挑设计_苗伟.pdf
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1、台州某商业广场地上 4 层,地下 2 层,结构高度 23.7m。地下室全长 310m 不设伸缩缝,地上东西向长286.2m,南北向长 90.9m,仅根据建筑功能在中间设置一道防震缝兼伸缩缝,其中西侧长度 184.5m,东侧长度101.7m。项目东北角主入口处因造型及功能需要设置双向 25.5m 钢桁架大悬挑,同时内中庭及南侧二层外廊存在多处托柱转换及大跨度。简要介绍了项目的结构体系、基础形式,重点介绍了超长结构温度作用计算过程,并指出了型钢混凝土与普通混凝土超长结构在温度荷载作用下计算方法的不同之处以及相应的处理办法。此外,对主入口大悬挑钢桁架进行了详细的计算对比分析,并进行了防倒塌设计,确保
2、了大悬挑结构的经济性和安全性。关键词:超长结构;温度作用;大悬挑桁架;型钢混凝土 中图分类号:TU318 文献标志码:A文章编号:1002-848X(2023)13-0057-05引用本文 苗伟.台州某商业广场超长结构及大悬挑设计J.建筑结构,2023,53(13):57-61,78.MIAO Wei.Design of super-long structure and large cantilever of a commercial plaza in TaizhouJ.Building Structure,2023,53(13):57-61,78.Design of super-long s
3、tructure and large cantilever of a commercial plaza in Taizhou MIAO Wei(Zhejiang Green City Architectural Design Co.,Ltd.,Xiamen Branch,Xiamen 361008,China)Abstract:The commercial plaza in Taizhou has four floors above ground and two floors underground,whose height is 23.7 meters.The basement length
4、 of this plaza is 310 meters without expansion joints.For the above ground of this plaza,whose east-to-west length is 286.2 meters and north-to-south length is 90.9 meters,there is only one seismic joint which is doubled expansion joint in the middel according to the building function.There are 184.
5、5 meters for the west side of the seismic joint and 101.7 meters for the east side.The main entrance of the northeast corner of the plaza set a two-side 25.5 meters steel truss cantilever because of the architectural figure and functional requires.At the same time,there are many columns conversion a
6、nd large-span in the inner atrium and the second floor corridor on the south side.The structure system and foundation type of the plaza was briefly introduced,the calculation process of super-long structure thermal action was highlighted and the differences of the analytical method between super-lon
7、g steel reinforced concrete structure and ordinary concrete structure under temperature load were narrated,also the corresponding treatment method was given.Meanwhile,the large cantilever steel truss at main entrance was calculated and analyzed in detail,and the anti-collapse design was adopt to ens
8、ure the economy and safety of the large cantilever structure.Keywords:super-long structure;temperature load;large cantilever truss;steel reinforced concrete 1工程概况 台州某商业广场项目(图 1)位于浙江省台州市黄岩新前城市新区,是一座集商业零售、餐饮、超市、电影院等多功能为一体的大型城市商业综合体。项目总建筑面积约 53 000m2,一层主要商业业态为时尚、服装、运动精品主力店和零售,二层为儿童游乐、家具主力店和零售,三层为餐饮和影院,
9、影院设置 9 个厅,其中一个为 IMAX 厅。东侧局部四层,为餐饮和影院的技术层。地下一层设置一个3 300m2左右的精品超市,其余为机动车停车库和设备用房,局部设置夹层作为非机动车库使用。其中地下一层层高 5.7m,局部 6.6m,地下二层层高3.9m;一层层高 5.7m,二四层层高均为 5.4m,局部 IMAX 厅层高 7.7m。图 1 项目效果图建 筑 结 构2023 年工程拟建场地抗震设防烈度为 6 度,设计基本地震加速度 0.05g,设计地震分组第一组,场地类别类。本工程设计使用年限 50 年,抗震设防类别为重点设防类,建筑结构安全等级为一级。50 年一遇基本风压 0.55kN/m2
10、,地面粗糙度类别 B 类,50 年一遇基本雪压 0.3kN/m2。2结构设计概述 上部结构采用现浇钢筋混凝土框架结构,内中庭大跨度和大悬挑相关框架梁柱采用型钢混凝土,框架抗震等级三级,局部跨度大于 18m 框架抗震等级取为二级。主入口处 25.5m 大悬挑采用钢桁架,钢桁架抗震等级取三级。地基基础设计等级甲级,桩基设计等级甲级。场地典型地质剖面如图 2 所示。依据地勘报告,采用钻孔灌注桩,以圆砾层或2圆砾层作桩基础持力层,桩端进入持力层深度3d(d 为桩径)。根据主体模型计算结果,大多数柱下轴力的荷载标准组合值约 10 000kN,桩基初步设计时桩端持力层取为2圆砾层,直径 800mm 钻孔灌
11、注桩单桩抗压承载 力 特 征 值 3 800kN,抗 拔 承 载 力 特 征 值1 000kN,大多数柱下采用三桩,布桩富余系数可以控制在 1.14 左右,相对经济合理。施工图阶段经比较分析,持力层改为圆砾层,采用桩端后注浆工艺1后,根据试桩结果单桩承载力不变的前提下,平均桩长减少了 13m,项目的桩基土建成本因此降低了 220 多万元。图 2 工程地质剖面图典型结构平面布置图(图 3)中,内中庭每侧悬挑 58m,二层南侧露台悬挑 57.2m,二四层内中庭连接廊桥处跨度大部分为 18m 左右,最大处跨度 19.3m。建筑专业净高要求首层不小于 3.9m,其余层不小于 3.6m,因此结构专业梁高
12、必须控制在900mm 以内。本项目结构经过比较预应力方案、组图 3 典型结构平面布置图合结构方案以及密肋梁方案,最终相关部位框架梁柱采用了型钢混凝土构件以解决配筋和挠度较大问题,大部分梁高控制在 900mm 以内。个别挠度超规范部位与建筑及设备专业协商后改变暖通风管走向,主梁根部截面高度加高至 1 200mm,并内设H9003002030 型钢,避开暖通主风管,保证净高满足建筑专业的净高要求。3超长结构设计分析 本项目地下室全长 310m 不设伸缩缝,地上东西向长 286.2m,南北向长 90.9m,地上部分根据建筑功能及立面效果要求仅设一道防震缝兼伸缩缝。两侧结构形式均为现浇框架结构,主要框
13、架柱截面尺寸 800800(部分内含型钢),主要框架梁截面尺寸 300800、400900 和 5001 200(部分内含型钢),内中庭廊桥及电梯井周边楼板厚度 150mm,其余楼板厚120mm。伸缩缝西侧结构长度184.5m,伸缩缝东侧结构长度 101.7m,远超规范对于框架结构55m 的长度限制,温度应力的影响必须考虑。本工程分两个部分考虑温度应力的计算。首先,依据建筑结构荷载规范(GB 500092012)2计算温度变化对结构的影响。依据建筑结构荷载规范(GB 500092012)附录 E,台州市最高基本气温36,最低基本气温-2;夏季室内温度考虑空调影响偏保守取 20,冬季室内温度取
14、25,则计算可知夏季结构平均温度为 28,冬季结构平均温度为13.5。地下室结构温度变化相对较小,夏季和冬季平均温度均取为 20。由于结构后浇带合拢时间受较多因素影响,无法确定,因此结构合拢温度分别取冬季合拢温度 15和夏季合拢温度 25。其次,本工程结构不设缝长度超出规范较多,混凝土自身收缩引起的应力也必须进行考虑,参考85第 53 卷 第 13 期苗 伟.台州某商业广场超长结构及大悬挑设计王铁梦教授工程结构裂缝控制及相关论文3-6,将混凝土收缩模拟为温降工况进行计算。根据工程结构裂缝控制,标准状态下结构最终收缩量 0y以结构相对收缩变形表达为:0y()=3.24 10-4(1)考虑后浇带封
15、闭时间不早于 90d,依据低配筋混凝土任意时间的收缩公式:y(t)=0yM1M2 Mn(1-e-bt)(2)式中相关参数定义及取值见工程结构裂缝控制。根据公式(2),浇筑 90d 后结构相对收缩变形y(90)=2.23 10-4,90d 后剩余混凝土收缩量为1.0110-4,混凝土线膨胀系数 c取 110-5,因此可得出混凝土收缩等效为降温约-10。按地下室、中间结构层、屋顶层三段输入不同的温度作用。1)地下室结构层输入:温升 20-15=5,温降20-25-10=-15;2)中间结构层输入:温升 28-15=13,温降 13-25-10=-22;3)屋顶层输入:温升 36-15=21,温降-
16、2-25-10=-37。主要计算软件采用 YJK 结构设计软件。计算温度作用时,楼板单元分别采用弹性板 6 和弹性膜(改进膜元)进行比较,同时采用 MIDAS Gen 进行对比复核,相应楼板应力云图见图 4。结果显示三个模型计算得到楼板应力基本一致。此外,对比三个模型的楼板配筋结果也基本一致。因此,采用 YJK软件的弹性板 6 或者弹性膜可以较为准确地模拟温度作用。由于考虑弹性板 6 时梁配筋一般偏小,故最终本项目采用 YJK 软件的弹性板 6 模型和刚性板模型包络结果进行楼板配筋设计。分析结果还表明,温度作用除了对楼板应力和配筋有较大影响外,对竖向构件的水平变形和内力也有决定性的影响。在温降
17、工况下,结构 X 向端部典型柱 X 向收缩位移约 22mm,远远大于 X 向地震作用下的 3.4mm 和 X 向风荷载作用下的 0.33mm。表 1 列出各工况下 X 向端部型钢混凝土柱顶内力标准值。可以看出,温升和温降工况下框架柱的剪力和弯矩明显大于其他工况,对框架柱配筋起控制作用,与各工况下的结构变形情况相符。另外在配筋设计中笔者发现,对于类似位置的型钢混凝土柱和普通混凝土柱,在柱底、柱顶内力组合值均基本相等的情况下,型钢混凝土柱 X 向(结构长度方向)配筋反而远远大于普通混凝土柱,如图 5、6所示,图中数据含义见 YJK 软件技术手册7。通过查看构件详细计算书并与 MIDAS 软件计算结
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