保利瓏門(mén)|系桿拱連體大跨度結(jié)構(gòu)
2019-05-17
保利瓏門(mén)廣場(chǎng)項(xiàng)目是佛山南海新軸線上的地標(biāo)建筑，其“南國(guó)之門(mén)”的連體建筑造型為結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)挑戰(zhàn)。瀚華作為該項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)咨詢單位，在基于造價(jià)經(jīng)濟(jì)和結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完美滿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(shù)適中，橫向次梁跨度適中，連體桁架斜腹桿對(duì)稱的特點(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(nèi)對(duì)建筑會(huì)造成一定影響。
和4格通高桁架方案對(duì)比，該方案更加符合建筑模數(shù)，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(duì)稱。
建立3榀兩層通高桁架，相較上述方案具有對(duì)建筑空間無(wú)影響（中間桁架藏在隔墻內(nèi)），榀數(shù)使用較少，連體桁架斜腹桿對(duì)稱的優(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(jié)構(gòu)下一層，通過(guò)將部分空間設(shè)置為設(shè)備層，在該層建立5榀聯(lián)系兩塔樓的桁架，托換上部?jī)蓪涌蚣芙Y(jié)構(gòu)連體。該方案的優(yōu)點(diǎn)為對(duì)連體建筑內(nèi)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足受力、變形和舒適度要求，結(jié)構(gòu)造價(jià)高。
結(jié)合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)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(dú)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(hù)。
系桿拱連體結(jié)構(gòu)體系是本項(xiàng)目中采用的方案。系桿拱結(jié)構(gòu)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優(yōu)勢(shì)，相比傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)輕巧美觀、造價(jià)經(jīng)濟(jì)以及能較大程度滿足建筑使用功能和外觀要求的優(yōu)點(diǎn)。
為了可以更加好的實(shí)施方案，本工程對(duì)采用的系桿拱連體結(jié)構(gòu)，在受力機(jī)理和特點(diǎn)、整體穩(wěn)定及節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與分析、施工模擬及施工階段的驗(yàn)算、系桿受拉伸長(zhǎng)變形對(duì)樓蓋的影響等方面，作深入詳細(xì)的分析論證。
系桿拱結(jié)構(gòu)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(xù)倒塌能力，并且造價(jià)經(jīng)濟(jì)，適合在實(shí)際工程中使用，為本項(xiàng)目采用方案。
施工模擬
考慮到本項(xiàng)目的獨(dú)特性，特意將項(xiàng)目進(jìn)行了施工模擬分析，更加全面的了解項(xiàng)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(xù)倒塌分析
為了獲得更加好的抗連續(xù)倒塌能力，特意采用了剛性系桿剛性拱，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是在某根吊桿破斷后，縱向系梁剛度和強(qiáng)度較大，仍具有繼續(xù)抵抗荷載的能力而使樓面不垮塌。
溫度作用計(jì)算
在溫度的影響之下結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形成約束并澆筑混凝土的溫度為初始溫度，考慮結(jié)構(gòu)在最高和最低平均溫度對(duì)應(yīng)溫差下結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)。并根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》進(jìn)行了相關(guān)的計(jì)算，得出溫升溫降對(duì)系桿拱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有意義的影響，設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)忽略。
溫升工況下Sig-yy應(yīng)力圖
系桿拱的整體穩(wěn)定承載力驗(yàn)算
鋼管混凝土拱肋截面一般由面內(nèi)整體穩(wěn)定承載力控制，采用《拱形鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，因未考慮連體二層和頂層對(duì)拱肋的支撐，結(jié)果是偏于安全的；如采用《鋼管混凝土拱橋技術(shù)規(guī)范》公式計(jì)算，則結(jié)果更加保守，同時(shí)尚考慮了鋼管初應(yīng)力和徐變的影響。
結(jié)構(gòu)舒適度計(jì)算
通過(guò)對(duì)最不利振動(dòng)點(diǎn)的選取，計(jì)算豎向振動(dòng)模態(tài)，確定出樓板振動(dòng)最不利的區(qū)域。經(jīng)計(jì)算，連體樓蓋滿足豎向舒適度的要求。
節(jié)點(diǎn)的有限元分析
通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有限元分析可以更加好的了解拱腳節(jié)點(diǎn)處由拱肋受壓轉(zhuǎn)化為系桿受拉的內(nèi)力傳遞情況。
保利瓏門(mén)項(xiàng)目概況
工程地點(diǎn)：佛山南海大瀝地區(qū)新軸線
用地面積：6039.58㎡
建筑面積：111567.50㎡
咨詢團(tuán)隊(duì)：姚永革 嚴(yán)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(shè)計(jì)有限公司
佛山市嶺南建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司
