上海新国际博览中心工程方案设计

上海新国际博览中心工程方案设计

随着社会的发展，在设计过程中，业主对项目的要求越来越高。以前在方案设计阶段,结构设计专业只要确定设计的大方向就可以,但现在业主希望设计提供比较具体的数据及专业意见为其选择合理经济的方案提供依据。因此,结构专业对设计的介入必须从方案开始,且介入越早,介入越深就可以最终为业主提供更好的设计产品。同时,也可为后期的施工图设计打下良好的基础。以下通过上海新国际博览中心工程为例进行介绍。1u3000对矛盾柱的要求上海新国际博览中心与立交衔接的大型停车库是新国际博览中心建成的第一个停车库,总共地上3层,不设地下室。整个车库纵向长度168m,横向长度52m,车库单层面积超过8000m2,总建筑面积为25500m2。在前期的设计中,业主对该车库的设计提出了如下几点要求:(1)由于新国际博览中心有限公司为中德合资企业。根据德国车库的使用要求,停车位之间不能有结构柱出现,这是为了避免在停车过程中车辆侧后方与结构柱发生碰擦。所以业主方希望与立交衔接的大型停车库也能达到这个要求。这就意味着结构柱只能设置在背靠背的两个车位之间,这样,框架柱的间距为两个车位的长度加上双向行车道的长度,达到了15.9m。而另一个方向柱距任按照普通停车库3个停车位的宽度控制为8.1m柱距。(2)业主希望应用混凝土结构,不要用钢结构。(3)该停车库紧靠龙阳路路边,接近罗山路立交。在规划中该车库屋顶层要与罗山路立交的一条匝道连接,对出库的总高有严格要求。(4)由于该车库很长,业主希望车库内的次梁尽量少或取消次梁,所以要求我们结合考虑车库内管线的布置,使车库尽量简洁美观。(5)由于长度方向为168m,需要设伸缩缝,所以业主提出可否通过采取措施取消伸缩缝以保证外立面的美观。2该项目的制定与设计分析2.1结构体系的设计根据业主不采用钢结构的要求,本车库结构形式最终选择做混凝土框架结构。对于其不设缝的要求,我们提出了两个初步方案:一个是在混凝土中增加添加剂以起到减少裂缝的作用;二是将楼板全部做成预应力结构,这也可以起到控制伸缩裂缝的作用。但这两个方案都存在问题,在方案1中,虽然实际的工程实践中已有200m左右使用混凝土添加剂后不设伸缩缝的先例,但其施工要求很高,而且工程较为特殊,为地上车库,外墙为敞开的,并没有保温措施。因此,在今后使用中因日晒雨淋更容易造成伸缩裂缝的产生。而方案2的缺点是,如果全部楼板都使用预应力结构,会导致造价太高和施工周期较长。经过与业主协商,最终我们决定在车库纵向上设两道伸缩缝,使其纵向分为3个部分。车库总高由于受规划限制,且业主希望1层的层高应能满足集卡停放的高度。最终我们协商确定1层的层高为6m,2、3层的层高为3.6m。根据行车要求及设备管线的布置,结构的主框架梁高不得大于900mm,但车库横向框架柱间距为15.9m,跨距太大,因此,900mm框架梁的裂缝及挠度很难控制。针对主框架梁梁高控制的问题,我们在结构设计上主要提出了两个方案,即:(1)在框架梁支座处2.5m范围内对梁高进行变截面处理,靠框架柱位置加高至1200mm;(2)将横向的柱框架梁做成预应力梁。这两个方案各有优点。方案1由于框架柱根部位置为停车位位置,局部降低标高对停车并不影响。缺点是这样竖向加腋后美观性比较差,而且设备管线的主管必须避开加腋范围,布置在比较靠中间的位置。这对美观也有影响。而采用方案2可以避免方案1存在的问题,但采用预应力结构造价较高。最后根据我们的分析,由于方案2可以较好地解决美观问题,而且仅对横向的框架梁做预应力。相对于总体造价而言,这部分造价的增加并不是很多。最终业主选择了方案2。业主提出由于车库长度很长,相对于宽度方向超过了3:1,且由于车库内相对比较空旷,建成后在车道位置可以从这头望到那头。如果次梁布置较多,加上上部设备管线较多,会使车库在纵向上内部观感较差。针对业主提出的设计要求,我们开始设计的2个方案均被业主否决,最终我们确定采用主次梁体系的方案。由于横向的框架主梁为高900mm的预应力梁,跨度为15.9m;而纵向框架梁的跨度则为8.1m。所以,我们从两个方向的框架梁线刚度平衡考虑,纵向框架梁的高度可适当降低;同时将次梁全部沿纵向布置,高度和纵向的框架主梁做成一样高。这样,沿纵向看过去纵向的梁可以被横向高900mm的框架梁挡住,而且由于两个方向梁的高度差,设备管线除了主管,其余次管(如喷淋次管、照明灯管、次要桥架)都可以在这个高差里面布置,沿纵向就可以只看到少数的几根设备主管。业主最终觉得我们的这个方案比较好,但是希望我们能够把次梁的梁高做得既经济又美观。2.2纵向框架梁和次梁配筋方案对比对于次梁梁高的确定,我们首先从美观上进行分析。从美观上来看,次梁高度肯定是越低越好,但梁高太小对结构设计来说是不合理的。我们通过对设备管线的分析认为,如果把主次梁高差做到200mm～300mm。这个空间就可以把次要管线全部藏住。对此,我们选择纵向梁高分别为800mm、700mm及600mm这3个方案并进行比较。对这3个方案我们都采用同一个区段建模进行计算,并在其中画出同一个区域,同时对计算的结果进行比对,分析其造价的高低及结构合理性。根据计算我们发现,当纵向框架梁做到400mm×800mm时,其线刚度相对于横向框架梁(横向主框架梁为700mm×900mm)的线刚度要大。其反应在框架柱配筋上的Y向配筋要比X向配筋要小;当纵向框架梁做到400mm×700mm时,两个方向的线刚度相当,框架柱配筋两个方向也基本相同;当纵向框架梁做到400mm×600mm时,纵向框架梁的线刚度要比横向框架梁的线刚度要小,框架柱配筋Y向比X向大。从框架柱总体配筋大小来看,纵向框架梁越大时,框架柱配筋相对会小一些,但总体来说相差不大。从两个方向的主框架梁来看当一个方向的主框架梁较高时,这个方向框架梁的配筋会减小,而另一个方向的框架梁的配筋会增大。从梁主筋比较来看,这3个方案相差不大。从梁箍筋及混凝土用量来看,由于梁越高时箍筋及混凝土用量越大(这3个方案从计算看箍筋配筋是一样的)。所以从主框架梁来看,纵向框架梁越高反而工程造价越高;从次梁来看(次梁断面的宽度均为300mm),次梁越高时其主筋越小,但箍筋及混凝土用量越大。我们将以上情况进行综合统计后,发现这3个方案中纵向梁高做到800mm时最不经济,其次是600mm梁高方案,而700mm高方案是最经济的,但与600mm梁高方案的差距不大。根据以上分析结果,同时考虑到设备管线安装的难度,我们最终确定将纵向框架梁及次梁的梁高做到650mm。这是因为如做700mm梁高,在200mm高度范围内安装设备管线时,遇到管线交叉的位置,安装会很困难。3投入使用方案。根据一般情况,设计上海新国际博览中心与立交衔接的大型停车库是一个比较特殊的工程。该工程有许多先天条件的限制如与高架的对接,还有业主的要求如15.9m柱距。这为工程的设计造成了很多的问题,但通过我们前期做的大量工作,最终为业主提供了一个较为经济合作的设计作品,投入使用后业主对这个车库的整