EPC项目学校校园大学项目结构设计重难点分析及对策

PAGE目录TOC\o"1-4"\h\z\u1.1.1结构设计重难点分析及对策 11.1.1.1超限高层抗震设计 11.1.1.2大跨悬索屋盖设计 61.1.1.3基础设计中土洞和溶洞的处理 7该内容为最新国企高分中标的施工投标方案的内容，有完整各级标题和正文格式，高度契合本年度最新施工及评标标准！-林工结构设计重难点分析及对策本次结构设计就超限高层抗震设计、大跨悬索屋盖设计、基础设计中土洞和溶洞的处理等三项主要重难点进行分析，并提出施工图阶段的针对性解决措施。超限高层抗震设计公共中心组团音乐厅、会议中心、图书馆、预留发展中心均存在三项以上不规则，属于超限高层建筑。不规则项的存在导致结构多处较薄弱，影响结构的整体抗震性能。如何保证结构安全性并在短时间内通过专家审查是本次设计难点。因此，在施工图阶段，需要对不规则项进行细致研究，拟采取结构优化布置、补充计算分析及加强构造措施来保证结构抗震性能。（1）音乐厅超限高层抗震分析现以公共中心组团音乐厅为例，进行超限判断、多遇地震作用下整体指标对比，进行楼板应力分析、关键构件验算以及静力弹塑性分析。1）超限判断音乐厅存在以下不规则项：扭转不规则、楼板不连续、立面收进、局部有传层柱，存在四项不规则项，为超限高层。2）多遇地震作用下整体指标对比采用YJK（结构设计软件）和ETABS（结构设计软件）进行对比分析，振型组合方式采用考虑扭转耦联的振型分解反应谱法，考虑偶然偏心地震作用，对整体计算结果进行对比分析，图5.5-8为YJK（结构设计软件）和ETABS（结构设计软件）计算模型。层间位移角由多遇地震控制，最大层间位移角满足规范关于层间位移角不大于1/800的要求，详见图5.5-9。YJK（结构设计软件）模型ETABS（结构设计软件）模型音乐厅两种空间结构分析软件模型分析音乐厅X向楼层位移角对比音乐厅Y向楼层位移角对比音乐厅两种软件楼层位移角对比分析3）楼板应力分析音乐厅三层楼板应力计算结果详见图5.5-10，计算结果显示：楼板主压应力远小于混凝土抗压强度设计值；中震作用，绝大部分楼板主拉应力均小于混凝土抗拉强度设计值，局部楼板薄弱处存在应力集中，主拉应力较大，施工图阶段拟通过加大配筋解决应力较大问题，楼板在中震作用下基本处于弹性状态；在大震作用下楼板大部分主拉应力均小于混凝土抗拉强度标准值，楼板在大震作用下能保证不屈服。音乐厅三层楼板中震作用下楼板应力音乐厅三层楼板大震作用下楼板应力音乐厅楼板应力分析结果分析4）关键构件验算本工程关键构件性能目标设定为在中震作用下抗剪弹性、抗弯不屈服，分别验算底层柱及剪力墙的抗震性能，计算结果见图5.5-11，通过计算分析，墙柱能满足中震下的性能目标。音乐厅底层框架柱在中震作用下N-M曲线音乐厅底层剪力墙在中震作用下的应力云图音乐厅底层关键墙柱中震性能验算结果分析5）静力弹塑性分析本工程采取三维静力弹塑性分析方法对结构进行弹塑性分析，计算出结构的性能点，由结构的性能点，得出各层的位移，从而计算层间位移角，判定结构是否满足大震变形要求；由结构构件塑性铰的分布判断结构薄弱层所在；结构在大震作用下有较大的非弹性变形，需要控制在规定的范围内，以免倒塌，达到大震不倒的设防目标。静力推覆计算结果见图5.5-12、图5.5-13。音乐厅X向楼层位移角曲线音乐厅Y向楼层位移角曲线音乐厅静力推覆结构楼层位移角曲线分析音乐厅静力推覆结构抗震性能状态分析从大震作用下塑性铰和损伤分布发展过程可以看出，最先出现的塑性铰及损伤未发生在关键结构构件上。损伤出现的大致过程是连梁先出现塑性铰，到达性能点附近时，只有少数损伤出现在底部剪力墙上。结构构件的破坏顺序满足设计的预定目标，结构体系具有多道抗震防线，无明显的薄弱部位，故可以认为，在大震下，整体结构不严重破坏，满足规范要求。（2）针对具体结构超限情况采取加强构造措施。1）针对结构扭转不规则：计算上考虑双向地震作用下的扭转效应，并调整竖向构件的布置，对于钢结构，合理布置支撑，提高结构抗扭刚度。2）针对楼板不连续：对构件承载力计算、楼板应力计算均采用弹性楼板假定模型；对薄弱处楼板，对其在中震、大震作用下进行分析，保证其设防地震作用下不屈服、罕遇地震作用下不出现贯通裂缝；将洞口周边楼板厚度加厚至150mm，采用双层双向通长配筋并适当提高楼板配筋率。3）针对跃层柱：适当提高柱抗震性能水准，按等效弹性法进行设防地震下抗弯、抗剪弹性设计；在计算模型中按实际情况定义计算长度，抗震等级提高一级，配筋取各层结果包络值，对穿层柱进行屈曲分析，保证其不发生失稳破坏。4）针对立面收进：将立面收进及大悬挑处框架抗震等级提高一级，立面收进层楼板厚度不小于150mm，采用双层双向通长配筋且配筋率不小于0.25%。5）结合相应设防水准下关键构件的截面验算结果，对关键构件相应加强，满足性能目标，并以此计算结果进行施工图设计。大跨悬索屋盖设计公共中心组团大屋面采用江南水乡风貌与机翼流线型结合的造型，使建筑更具江南风韵。轻薄的屋面给结构设计带来了很大的挑战，单层悬索结构轻盈，此结构体系与屋面造型完美契合，但单层悬索结构国内应用较少，设计有较大难度，柔性的单层悬索结构抗风是个难点，屋面较平缓，导致索拉力较大，给下部结构抗水平力设计带来了难度。悬索结构上部有格栅及外包铝板的檩条，如何解决悬索结构较大变形对装饰铝板的影响是施工图阶段需要解决的问题。悬索结构分析模型见图5.5-14。公共中心组团悬索屋面结构分析模型分析为了保证结构的安全性及合理性，拟采取以下措施：（1）分析计算方面采用两种不同力学模型的空间结构分析软件进行对比计算，拟采用SAP2000（空间结构设计软件）及MIDAS（空间结构设计软件）进行分析计算。（2）建立悬索结构和下部支承结构的整体模型进行分析，考虑相互影响。（3）有限元分析结合风洞试验，采取有效措施解决悬索结构的抗风问题。（4）与幕墙专业配合，采取有效措施减少悬索结构较大变形对金属板材的影响。（5）针对悬索结构，选定合适的性能目标，对索进行中震、大震作用下的性能化分析计算，保证其中震、大震性能目标的实现。（6）考虑断索的情况，采取有效措施规避对结构的影响。（7）施工过程中，为了实现建筑曲面造型，需对悬索进行施工模拟，确定初始张拉索力，下图为单索自重工况下，产生内力分布如下图5.5-15所示，可看出初始挂索张拉力约为400kN。公共中心组团悬索内力分布分析基础设计中土洞和溶洞的处理本项目岩溶多被含碎石粘性土充填，局部由强风化岩块和泥质夹层填充，成分较杂，多软硬相间，在灌注桩施工时极易产生漏浆及塌孔情况，对施工不利。典型溶洞剖面见图5.5-16。（a）一标溶洞典型地质剖面示意图（b）二标溶洞典型地质剖面示意图溶洞典型地质剖面示意本项目