名校结构设计中问题与解决办法讲解

在建筑工程结构设计中遇到的一些问题与解决方法石建光厦门大学土木系几个建筑工程结构设计厦门小白鹭艺术中心剧场石建光,杨迪珊，厦门小白鹭艺术中心结构方案设计，福建建筑，2012，9：46-48漳州花卉集散中心大门建筑颜家胜,陈涛,石建光，花卉集散中心入口大门建筑结构方案设计，某温泉国际大酒店结构设计缪世超司拓磊范李劼石建光，某温泉国际大酒店结构方案设计，福建建筑，2012，12：27-31厦门小白鹭艺术中心厦门小白鹭艺术中心是厦门艺术交流的一个专业剧场，属于高大空间建筑。厦门小白鹭艺术中心---建筑小白鹭剧场建筑高度24米，总长75.8m，宽55.4m，总建筑面积9592.8平方米，总用地面积12815平方米，为目前厦门剧场中唯一的一座拥有24米深度和多种升降功能的高品位、高规格、多功能的现代化专业舞台，拥有550座观众坐席。剧场地下一层地面3层，局部设有排练厅、储存厅、电机房等，建筑平面由剧场和接待休息两部分组成。厦门小白鹭艺术中心---结构小白鹭剧场的抗震设防类别为丙类，建筑结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度0.15g。场地类别Ⅱ类，特征周期Tg=0.35sec。厦门地区基本风压为0.8KN/m，剧场位于厦门岛沿海距离海岸线约100m的位置。地基基底持力层为粉质粘土层，地基承载力特征值为Fak=160KPa，该土层浸水易软化崩解，施工过程中要防止该土层浸水。厦门小白鹭艺术中心---结构分析小白鹭剧场建筑体形复杂，竖向错层较多，平面和竖向都不规则，剧场的舞台及观众厅部高度大，较空旷，而周围附属的裙楼层高又相对较低，整体质量和刚度分布不均匀。大跨空间将造成个别框架柱承受高压力，观众席沿径向悬挑6m，主体11m高度处设有外挑雨篷，向外悬挑长度5m。屋顶跨度和空间面积很大，屋顶最大跨度30m。结构设计面临的主要问题结构体系的选择观众席的大悬挑屋顶大跨舞台背面的高大墙体高压力柱海边大悬挑结构体系的选择、高大墙体根据剧场和接待休息两部分的功能、整体尺寸、高差和布置，抗震缝分开俩部分。根据抗侧力的要求采用框架结构和框架-剪力墙结构。在主体的四周及与附属房的交接处布置剪力墙；观众席的悬挑梁支座处设置了剪力墙，满足了梁的刚度要求，也增强了整体的抗扭。舞台部分通过设置的几道框架梁加密了柱网，与剪力墙共同形成了抗侧力结构，增加了水平刚度以便更好地传递地震力。由于剪力墙高度达22.5米，四周又无其他构件连接，考虑采取内嵌上几道框架梁与框架柱的方法，把整面剪力墙分割成数片小型剪力墙，每一片剪力墙的高厚比和稳定性都得到改善。墙体厚度300mm；框架梁截面尺寸300mm×600mm，框架柱截面尺寸600mm×900mm。剧场和接待待休息部分分结构布置置结构体系框架结构和框架-剪力墙结构构观众席的大大悬挑挑台的结构构形式经过过方案比较较选用了纵向悬臂斜斜梁式挑台台。径向梁从圆圆柱悬挑出出来采用工工字型型钢钢混凝土梁梁，环向梁梁采用普通通钢筋混凝凝土，梁截截面尺寸２２００ｍｍｍ×６００ｍｍｍ～８０００ｍｍ。悬悬挑梁末端端弹性挠度度１０．３３１ｍｍ～～１３．１１９ｍｍ。。屋顶大跨、高压力柱屋顶为大跨跨度空间结结构，采用用钢桁架结结构，受力力杆为工字字型截面，屋面水平支支撑、檩条条、拉条采采用圆钢，撑杆采用角角钢。舞台钢屋梁梁下悬吊葡萄架,观众席钢屋屋梁下悬吊吊二道面光桥桥，屋面采用用彩色钢板板。柱轴力达到到了3000KN，甚至个别别达到5100KN。采用型钢混凝土土柱，最大柱截截面950mm×700mm。海边大悬挑挑二层檐口悬悬挑较大，，为保证建建筑造型特特点，采用用焊接型钢梁梁悬挑，并插入内内跨锚固平平衡一跨，，外挑板按按钢龙骨轻轻质扣板材材料，以减减轻外挑荷荷载。结构计算采用中国建建筑科学院院分析软件件SATWE计算。根据建筑使使用功能，，计算模型型选用框架结构和框架-剪力墙结构构；框架抗震震等级为二二级，剪力力墙为二级级。考虑弹性楼楼板假定，，计入双向向水平地震震作用下的的扭转效应应。钢结构部分分单独计算。总体分析析时采用混混凝土刚性性梁模拟计计算，以传传递屋面荷荷载，保证证总体计算算的完整性性。框-剪结构计算算结果项目振动类型SATWE结果周期X向第一平动周期0.8758Y向第一平动周期0.8105最大层间位移角X向地震1/1019Y向地震1/1308刚重比X向12.56Y向14.12剪重比各层都大于>2.4%完工后的效效果漳州花卉集集散中心大大门建筑花卉集散中中心入口建建筑由花卉展厅、办公会客、花卉展入口口组成，是是漳州花卉卉园林展的的标志性建建筑。花卉集散中中心入口建建筑和结构花卉集散中中心入口建建筑有展厅、车辆辆进出、收收发办公和和接待等多多项功能，，形成漳州州花卉园林林展的标志志性建筑。建筑高度为为13.5m，占地面积积为2912m²，总建筑筑面积为3083m²。其中，，左侧展厅厅为729m²，右侧展展厅为1382m²。建筑结构的的抗震设防防类别为丙丙类，建筑筑结构安全全等级为二二级，抗震震设防烈度度为7度（0.15g），设防地地震分组为为第二组。。场地类别别为Ⅱ类，，特征周期期为0.4s。基本风压压取0.8kN/m²。设定为为B类地貌。地地基承载力力特征值为为fak=180kpa。取残积粘粘性土作为为持力土层层。结构方案设设计面临的的问题具有低层、、大跨、内内部大空间间、连体、、外侧覆土土等建筑特特征。结构方案设设计时需要要处理内部大空间间局部开洞单侧高柱中部网架拱拱状连接两侧覆土结构方案建筑高度很很低，故采采用框架结构体体系。两侧覆土位位置为调整整结构刚度度，添加部分剪力墙墙。左侧屋顶采采用钢网架结构构右侧采用钢筋混凝土土楼板，屋顶开洞部分采用钢网架结构构。钢网架采用螺栓球球节点连接接。基础采用独独立基础，，剪力墙下下采用条形形基础，埋埋深为2.3m，取残积粘粘性土作为为持力土层层。结构模型MIDAS模型左侧内部大大空间左侧展厅需需要空旷大大空间、建建筑中部不不能出现柱柱子，框架架柱均位于于结构四边边，会出现现单侧高柱，考虑通过过增大柱子子的截面面面积解决。。左侧屋顶采采用钢网架结构构。屋顶为大跨跨结构，采采用钢网架铺设设结合压型型钢板屋顶顶。周边越层柱柱的截面尺尺寸从800mm×1000mm至1000mm×1500mm。周边梁截截面尺寸从从400mm×700mm至500mm×900mm。单侧高柱10m的单侧高柱柱，中间无无楼板连接接，柱子在在X或Y其中一个方方向没有框框架梁连接接。右侧局部开洞右侧位于入入口二层楼板有一个9m×13m的大开洞，并且该洞口口位于楼板板左侧端部部，容易造造成A-7轴相交的角柱连接约束不不够，位移过大。而开开洞引起质质量中心与与刚度中心心的偏差，，也会造成成位移比过大大。最大开洞面面积未超过过《抗规》》中规定的的平面不规规则限值中中楼板局部部不连续的的指标（17%<30%），但为加加强开洞角角部柱子的的扭转刚度度，采用沿沿柱子全高高加密的方方式处理。。右侧框架较较为规则，，两层柱高高分别为5m和5.5m，柱子截面面尺寸均为为500mm×500mm，主梁尺寸寸为300mm×800mm，次梁尺寸寸为250mm×600mm。右侧局部开洞二层楼板开开洞中部网架拱拱状连接为形成花卉卉展入口大大门的效果果，中间网网架成拱状状，在重力力荷载作用用下，支座座处对两侧侧结构产生生侧推力。。对于左侧侧单侧高柱柱产生影响响更大。并并且由于拱拱网架跨度度为36m（大于24m），故需要要考虑竖向向地震作用用的影响。。两侧覆土两侧展厅结结构外部，，采用挡土土墙分隔掉掉一部分土土层，剩余余土层重量量施加在展展厅两侧的的斜侧板上上。并考虑虑覆土的侧侧土压力，，折算成水水平力后施施加于结构构主梁上。。因覆土重量量引起结构构质量中心心偏移，考考虑通过在在结构两侧侧布置部分分剪力墙，，以调整结结构刚度中中心，减小小因中心偏偏移引起的的扭转效应应。软件建模梁柱采用空空间杆件模模型，楼板板模型采用用刚性楼板板，剪力墙墙采用墙元元模型，钢钢网架用5mm薄弹性板模模拟分析，，并在框架架柱顶端施施加水平力力，考虑中中间钢拱网网架对两侧侧框架的影影响。对两侧结构构分别建模模分析，并并取最不利利结果设计计。钢网架采用用SFCAD建模计算，，提取支座座反力，施施加与PMCAD模型中。为了准确地地认知结构构整体的受受力性能，，采用MIDAS-building软件进行整整体建模校校核分析。。结构计算指指标设计中几个个问题的处理对于有部分分剪力墙，，扭转位移移较大，位位移比很难难满足规范范中的要求求。而实际际上，将剪剪力墙去掉掉，原框架架结构已可可满足规范范设计要求求。中部网架刚刚度较弱，，结构整体体工作效应应不显著，，故采用铰铰接方式连连接。但因因为采用拱拱网架，其其自身重力力荷载及其其竖向荷载载组合，均均会在支座座处产生侧侧推力，在在建模中考考虑该侧推推力对两侧侧结构的影影响。单侧高柱与网架顶部连接，，采用铰接方式。覆土由于其其自重大，，并且可能能由于雨水水等原因进进一步增大大自重，会会产生较大大的侧土压压力。采用用外部挡土土墙负担一一部分的土土体侧压力力，以减小小覆土压力力对主体结结构的影响响。完工后的效效果温泉国际大大酒店结构构设计位于福建漳漳州市的五五星级酒店店，建筑高高度为24米，地上主主楼6层和附属楼楼4层，地下1层。总建筑筑面积40702.24m2，其中地下下室建筑面面积9448.37m2，地上总建建筑面积31253.87m2。有中西餐厅厅、大型宴宴会厅、多多功能会议议厅、健身身房等多功功能区域，，地下一层层设有地下下车库。酒酒店有标准准客房200余间，300多个床位，，大型宴会会厅可供700人使用，同同时还拥有有一间可容容纳400人的大型多多功能会议议厅，六间间容纳80-150人的多种规规格会议室室，共计约约3000m2使用面积的的会议场所所，属于大大型公共建建筑。建筑设计一层建筑平平面图正立面图、剖面图结构设计温泉国际大大酒店抗震震设防类别别为丙类，，建筑结构构安全等级级为二级，，抗震设防防烈度为7度，设计地地震分组为为第一组，，设计基本本地震加速速度0.15g。场地类别ⅡⅡ类,设计特征周周期为0.35s，基本风压压为0.8kN/m2。地基基底持持力层为粉粉质粘土层层，地基承承载力特征征值fak=160kPa。结构方案设设计面临的的问题-1结构超长、、建筑各部部分平面和和竖向布置置相差较大大主楼总长83.6m(地下长104.6m)，总宽64.35m；附属楼长长66m，宽26.1m。因主楼建建筑功能较较多，为满满足使用要要求，其二二层楼板在在大堂和宴宴会厅处不不贯通，以以便有较大大的空间进进行建筑处处理，从第第四层开始始立面收进进，宽度减减为36.1m；附属楼四四层均为客客房，柱距距为9m，平面和竖竖向都很规规则。主楼和两翼翼附属楼平平面和竖向向布置相差差较大，导导致地上部部分三栋楼楼刚度差异异较大，难难以作为整整体结构设设计。结构方案设设计面临的的问题-2大跨度、内内部空旷、、平面和竖竖向不规则则主楼一层的的大型会议议室跨度18m，主楼第二二层有可容容纳700人的大型宴宴会厅，总总面积约1300m2，平面尺寸寸为46.2×27.9m，高度8m，跨度28m。主楼第二层层开洞面积积为2078m2，大于该层层楼面面积积的30%（4456×0.3=1336.8m2），楼板局局部不连续续，属于平面不规则则类型。第四层收进进的水平向向尺寸为27.9m，大于相邻邻下一层的的25%（64.35×0.25=16.1m），侧向刚刚度不规则则，属于竖向不规则则类型。结构方案设设计面临的的问题-3越层柱建筑要求主主体部分的的大堂一二二层上空，，大堂的四四根柱子为为12.5m高的独立越越层柱，周周边没有与与梁和楼板板连接，既既要控制越越层柱的截截面尺寸，，又要能满满足强度、、刚度和稳稳定性的规规范要求。结构方案设设计结构缝设置置工程体型复复杂，平立立面不规则则，根据不不规则程度度、地基基基础条件和和技术经济济等因素的的比较分析析，确定设设置防震缝缝兼伸缩缝缝，以此将将各楼地面面以上部分分分为三个个独立的结结构单元，，下设一层层地下室，，地下室顶顶板作为上上部结构嵌嵌固端。防防震缝沿房房屋全高设设置，地下下室、基础础不设防震震缝。结构方案设设计建筑各部分分结构体系系确定根据建筑高高度和高宽宽比，同时时考虑到设设防烈度不不高且层数数不多，可可采用钢筋筋混凝土框框架结构体体系。但因因本工程具具有大跨度度、内部空空旷、平面面和竖向不不规则等特特点，考虑虑部分梁柱柱构件采用用型钢混凝土土构件，保证主楼楼的层间刚刚度比满足足规范要求求。结构体系采采用部分结构构构件采用型型钢混凝土土构件的钢钢筋混凝土土框架结构构体系。结构方案设设计大跨度空间间屋盖结构构体系大跨度的屋屋盖采用网架结构，，形成下部部钢筋混凝凝土结构上上部钢网架架结构的混混合结构。。选择正放四四角锥网架架结构形式式，网架在在北面悬挑挑梁端设置置支座，其其他三面在在柱头设置置支座。支支座采用无无侧移的铰铰接支座，，网架节点点采用热轧轧无缝钢管管和螺栓球球，用高强强螺栓连接接。网架结构采采用SFCAD软件进行计计算。网架平立面面结构方案设设计越层柱主楼大堂的的四根越层层柱采用型型钢混凝土土柱，柱内内型钢为双双工字形焊焊接型钢。。工字形型型钢截面参参数：750×450×25×18(高×宽×翼翼缘厚×腹腹板厚)结构方案设设计大跨度梁大型会议室室跨度18m采用型钢混混凝土梁。。不仅控制制了梁的截截面尺寸，，减少对建建筑使用高高度的影响响，还能够够更好地满满足规范所所要求的承承载力和挠挠度的要求求。结构方案设设计基础结构型型式基础形式选用梁板式筏板基础础。地下室采用钢筋筋混凝土结构，，地下室顶板作作为上部结构的的嵌固层。型钢混凝土柱伸伸入基础，采用用埋入式柱脚。。型钢混凝土柱柱与钢筋混凝土土柱连接处应设设过渡层，地下下一层及过渡层层型钢应设栓钉钉。结构计算结构分析采用SATWE计算软件进行计计算，钢网架部部分用空间网架架结构分析设计计软件SFCAD单独计算。地上部分作为3栋不同的建筑物物分别设