保利瓏門|系桿拱連體大跨度結構

2019-05-17

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保利瓏門廣場項目是佛山南海新軸線上的地標建筑,其“南國之門”的連體建筑造型為結構的實現帶來挑戰。瀚華作為該項目的結構設計咨詢單位,在基于造價經濟和結構安全的綜合考慮下,探討多個方案,最終通過系桿拱連體結構設計完美滿足了立面造型和天面泳池視野需求。

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結構比選方案介紹
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  連體跨度內分4格的通高桁架

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的特點,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造成一定影響。

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2
  連體跨度內分5格的4榀兩層通高桁架

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題,并且由于新增一格,故連體桁架斜腹桿不對稱。

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3
  連體跨度內分6格的3榀兩層通高桁架

建立3榀兩層通高桁架,相較上述方案具有對建筑空間無影響(中間桁架藏在隔墻內),榀數使用較少,連體桁架斜腹桿對稱的優點。但缺點為中間榀桁架傳力不直接,橫向次梁跨度較大。

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4
  底層托換桁架

42層為連體結構下一層,通過將部分空間設置為設備層,在該層建立5榀聯系兩塔樓的桁架,托換上部兩層框架結構連體。該方案的優點為對連體建筑內部空間和外立面均影響較小,缺點為需犧牲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,結構造價高。

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5
  連體桁架下設隔震支座的弱連接體系

結合結構轉換層,留出隔震支座空間,通過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維護。

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6
  系桿拱連體結構體系

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,充分發揮鋼管混凝土材料適合受壓、鋼材適合受拉的各自優勢,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、造價經濟以及能較大程度滿足建筑使用功能和外觀要求的優點。

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技術要點

為了可以更加好的實施方案,本工程對采用的系桿拱連體結構,在受力機理和特點、整體穩定及節點的設計與分析、施工模擬及施工階段的驗算、系桿受拉伸長變形對樓蓋的影響等方面,作深入詳細的分析論證。


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系桿拱結構三維模型圖

系桿拱的布置與特點

1 剛性系桿兼做樓蓋主梁

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候依然擁有較好的抗連續倒塌能力,并且造價經濟,適合在實際工程中使用,為本項目采用方案。

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2 柔性系桿以橫梁為樓蓋主梁
柔性系桿以橫梁為樓蓋主梁的特點是在某根吊桿失效的時候,結構無抗連續倒塌能力。

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3 柔性系桿與縱向主梁分別單獨設置
柔性系桿與縱向主梁分別單獨設置雖然可以獲得較好的抗連續倒塌能力,但是該建造方式的造價較高。

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施工模擬

考慮到本項目的獨特性,特意將項目進行了施工模擬分析,更加全面的了解項目的各個施工階段。


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CS45施工步示意圖

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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,該結構的優點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發生形變,這也會使得建筑受到破壞,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》進行了相關的計算,得出溫升溫降對系桿拱結構產生有意義的影響,設計時不應忽略。

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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《拱形鋼結構技術規程》的經驗公式計算,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規范》公式計算,則結果更加保守,同時尚考慮了鋼管初應力和徐變的影響。

結構舒適度計算

通過對最不利振動點的選取,計算豎向振動模態,確定出樓板振動最不利的區域。經計算,連體樓蓋滿足豎向舒適度的要求。


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節點的有限元分析

通過對節點進行有限元分析可以更加好的了解拱腳節點處由拱肋受壓轉化為系桿受拉的內力傳遞情況。

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保利瓏門項目概況

工程地點:佛山南海大瀝地區新軸線

用地面積:6039.58㎡

建筑面積:111567.50㎡

咨詢團隊:姚永革 嚴仕基 葉云青

合作單位:保利華南實業有限公司

                廣州呂元祥建筑設計有限公司

                佛山市嶺南建筑設計咨詢有限公司

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