大跨结构应用实例

大跨结构应用实例大跨结构应用实例 1 1 广州国际会议展览中心 广州国际会议展览中心 广州国际会议展览中心位于广州市海珠广州国际会议展览中心位于广州市海珠 区琶洲岛 是广州市重点建设项目 首期区琶洲岛 是广州市重点建设项目 首期 工程用地面积工程用地面积 48 948 9 万万 m m2 2 总建筑面积 总建筑面积 39 639 6 万万 m2m2 共有 共有 1616 个面积个面积 1 1 万万 m m2 2左右的展厅 左右的展厅 1070010700 个标准展位 是目前世界上单体建筑个标准展位 是目前世界上单体建筑 面积最大的展览建筑面积最大的展览建筑 图图 4 4 1212 图 图 4 4 15 15 广州国际会议展览中心主要部分为广州国际会议展览中心主要部分为 3 3 层建层建 筑 包夹层共有筑 包夹层共有 7 7 层 架空层主要用作车层 架空层主要用作车 库 展厅和设备用房 首层和四层为展厅 库 展厅和设备用房 首层和四层为展厅 二层为连接各个入口和各个展厅的人行通二层为连接各个入口和各个展厅的人行通 道 三 五 六层为办公及设备用房 首道 三 五 六层为办公及设备用房 首 层的中部和四层的南部各有一条贯通东西层的中部和四层的南部各有一条贯通东西 的卡车通道 东西两侧各有一条从首层通的卡车通道 东西两侧各有一条从首层通 向四层的卡车坡道 运送展品的集装箱车向四层的卡车坡道 运送展品的集装箱车 可直达各个展厅 其技术特点如下 可直达各个展厅 其技术特点如下 1 1 成功解决了超长混凝土结构不设温度成功解决了超长混凝土结构不设温度 缝的难题缝的难题 广州国际会议展览中心楼盖分为广州国际会议展览中心楼盖分为 1010 个独个独 立的单元 按建筑要求每个单元不可设缝 立的单元 按建筑要求每个单元不可设缝 其长度和宽度都超过了规范关于温度区间其长度和宽度都超过了规范关于温度区间 长度的限值 最大单元的面积达长度的限值 最大单元的面积达 90m 163 5m90m 163 5m 为解决这个问题采用平面应 为解决这个问题采用平面应 力计算方法和有限元三维计算方法对楼盖力计算方法和有限元三维计算方法对楼盖 的应力进行了仔细的分析 通过设置后浇的应力进行了仔细的分析 通过设置后浇 带来减少前期温度应力的影响 通过设置带来减少前期温度应力的影响 通过设置 预应力梁和在温度应力较大的区域增加配预应力梁和在温度应力较大的区域增加配 筋的方法来控制和抵抗温度应力 这一做筋的方法来控制和抵抗温度应力 这一做 法获得成功 法获得成功 20022002 年年 1212 月建成投入使用至月建成投入使用至 今 主体结构未发现肉眼可见的裂缝 今 主体结构未发现肉眼可见的裂缝 2 2 巧用预应力技术 降低大柱网重荷载巧用预应力技术 降低大柱网重荷载 的混凝土楼盖的造价的混凝土楼盖的造价 广州国际会议展览中心四层展厅楼面荷广州国际会议展览中心四层展厅楼面荷 载重达载重达 15kN m215kN m2 柱网为 柱网为 30m 30m30m 30m 整个 整个 展厅的平面尺寸达展厅的平面尺寸达 86m 126 6m86m 126 6m 该层综合 该层综合 采用了有粘结预应力梁采用了有粘结预应力梁 大跨度框架主梁大跨度框架主梁 无粘结预应力梁无粘结预应力梁 一级次梁一级次梁 及在梁中加直及在梁中加直 线预应力筋线预应力筋 二级次梁及其他需要部位二级次梁及其他需要部位 等等 多种预应力方式 通过精心设计预应力和多种预应力方式 通过精心设计预应力和 非预应力钢筋的比例及预应力张拉控制值 非预应力钢筋的比例及预应力张拉控制值 使有效预应力的分布尽量接近理想预应力使有效预应力的分布尽量接近理想预应力 分布 因而各种材料的性能得到充分的利分布 因而各种材料的性能得到充分的利 用 达到了既安全又经济的目的 比外方用 达到了既安全又经济的目的 比外方 提出的设计方案节省混凝土提出的设计方案节省混凝土 32912m32912m3 3 节省 节省 预应力钢筋预应力钢筋 2100t2100t 降低造价约 降低造价约 39003900 万元万元 还未包括节省的普通钢筋的造价还未包括节省的普通钢筋的造价 3 3 成功设计了国内最大跨度的新型钢结成功设计了国内最大跨度的新型钢结 构构 张弦桁架结构张弦桁架结构 广州国际会议展览中心四层的广州国际会议展览中心四层的 5 5 个无柱个无柱 大展厅的屋盖采用预应力张弦桁架结构 大展厅的屋盖采用预应力张弦桁架结构 这是一种性能优越的新型大跨度钢结构 这是一种性能优越的新型大跨度钢结构 其截面的高度很大 因而比同样用钢量的其截面的高度很大 因而比同样用钢量的 其他钢结构具有更高的承载力 其上部受其他钢结构具有更高的承载力 其上部受 压 设计为三角形钢管桁架 有很好的稳压 设计为三角形钢管桁架 有很好的稳 定性 其下部受拉采用高强钢索 可以充定性 其下部受拉采用高强钢索 可以充 分发挥钢材受拉性能好的优势 分发挥钢材受拉性能好的优势 围绕张弦桁架的设计对其强度 刚度 围绕张弦桁架的设计对其强度 刚度 整体稳定性和拉索出平面的稳定进行仔细整体稳定性和拉索出平面的稳定进行仔细 的分析 对预应力的取值及预应力的施加的分析 对预应力的取值及预应力的施加 方法作了认真的考虑 对钢管桁架的相贯方法作了认真的考虑 对钢管桁架的相贯 节点 索与撑杆的连接节点 桁架端部与节点 索与撑杆的连接节点 桁架端部与 预应力索连接的铸钢节点以及弯曲钢管的预应力索连接的铸钢节点以及弯曲钢管的 性能都作了专题研究 精心的设计和研究性能都作了专题研究 精心的设计和研究 使这一大跨度结构获得成功 并为这种新使这一大跨度结构获得成功 并为这种新 型结构的推广打好了基础 积累了经验 型结构的推广打好了基础 积累了经验 张弦桁架每榀重张弦桁架每榀重 135t135t 用钢量为 用钢量为 71kg m71kg m2 2 4 4 在国内首次将结构预警技术应用于建在国内首次将结构预警技术应用于建 筑工程筑工程 结构预警系统是利用传感器和计算机 结构预警系统是利用传感器和计算机 在重要结构的某些部位安装传感器 测量在重要结构的某些部位安装传感器 测量 结构的某些物理量结构的某些物理量 加速度 速度 位加速度 速度 位 移 应力 应变等 将所测得的这些物理移 应力 应变等 将所测得的这些物理 量传至计算机 计算机根据这些物理量推量传至计算机 计算机根据这些物理量推 断出结构的工作状态 同时 计算机还可断出结构的工作状态 同时 计算机还可 根据测量的历史记录 推断出结构安全储根据测量的历史记录 推断出结构安全储 备和结构的剩余使用寿命 当结构的安全备和结构的剩余使用寿命 当结构的安全 储备不足或结构的某些量发生不正常的变储备不足或结构的某些量发生不正常的变 化时 系统发出警告 提醒人们对结构进化时 系统发出警告 提醒人们对结构进 行必要的维修加固或采取其他应急措施以行必要的维修加固或采取其他应急措施以 避免结构发生灾难性破坏 避免结构发生灾难性破坏 广州国际会议展览中心张弦桁架结构跨广州国际会议展览中心张弦桁架结构跨 度达度达 126 6m126 6m 为了保证其安全 尝试在上 为了保证其安全 尝试在上 面安装结构预警系统 该系统由硬件和软面安装结构预警系统 该系统由硬件和软 件两大部分组成 硬件由三个加速度传感件两大部分组成 硬件由三个加速度传感 器器 A1A1 A2A2 A3A3 及一个激光测距仪及一个激光测距仪 S S 组成 组成 布置在桁架跨中和跨度的布置在桁架跨中和跨度的 1 41 4 和和 3 43 4 处 处 该系统的所有软件均自主开发 具有如该系统的所有软件均自主开发 具有如 下功能 下功能 实时测取结构的前三个固有频率 实时测取结构的前三个固有频率 实时测取结构的位移和内力以及结构的实时测取结构的位移和内力以及结构的 安全状态 安全状态 定时将测量数据及主要分析结果存盘 定时将测量数据及主要分析结果存盘 形成结构工作的历史记录 形成结构工作的历史记录 迅速查看结构的工作历史记录 迅速查看结构的工作历史记录 建筑结构预警系统在国内是首创 在国建筑结构预警系统在国内是首创 在国 外也未见报导 该系统的研发开创了建筑外也未见报导 该系统的研发开创了建筑 结构监控方面的一个新领域 对保障大跨结构监控方面的一个新领域 对保障大跨 度建筑 高层建筑等重大建筑的安全有极度建筑 高层建筑等重大建筑的安全有极 为重大的意义 为重大的意义 5 5 推出一种新型的屋面结构体系推出一种新型的屋面结构体系 广州国际会议展览中心二层展厅和珠广州国际会议展览中心二层展厅和珠 江散步道的屋面面积近江散步道的屋面面积近 1010 万万 m2m2 不仅要求 不仅要求 有很好的隔热 防水性能 而且要求有很有很好的隔热 防水性能 而且要求有很 好的装饰效果 该屋面面积大 为双向弯好的装饰效果 该屋面面积大 为双向弯 曲的曲面而排水坡很小 排水路线很长 曲的曲面而排水坡很小 排水路线很长 最长的达最长的达 79m79m 因此防水设计的难度很大 因此防水设计的难度很大 新设计的屋面结构体系由基层 面层和新设计的屋面结构体系由基层 面层和 装饰层构成 基层是压型钢板装饰层构成 基层是压型钢板 聚氨酯发泡聚氨酯发泡 板十三元乙丙聚氨酯防水卷材组成的新型板十三元乙丙聚氨酯防水卷材组成的新型 复合板 它本身便有承重 隔热和防水三复合板 它本身便有承重 隔热和防水三 重功能 和传统的夹芯板相比 它拼装后重功能 和传统的夹芯板相比 它拼装后 的防水性能更好 在它的上面再做一层的防水性能更好 在它的上面再做一层 36003600 咬合的压型钢板面层 保证了整个屋咬合的压型钢板面层 保证了整个屋 面滴水不漏 在基层上面设计了一种滑动面滴水不漏 在基层上面设计了一种滑动 支座 可以让它上面长达支座 可以让它上面长达 138m138m 无横向接缝无横向接缝 的面层在温度变化时伸缩自如 实践证明的面层在温度变化时伸缩自如 实践证明 这种基层和面层构成的屋面体系施工方便 这种基层和面层构成的屋面体系施工方便 隔热效果好 防水可靠 可以推广应用到隔热效果好 防水可靠 可以推广应用到 其他工程中 其他工程中 装饰层是建筑造型特别需要的 通过装饰层是建筑造型特别需要的 通过 一个特别的铝夹具固定在面层 这个特别一个特别的铝夹具固定在面层 这个特别 的夹具不需穿破面层 而能承受装饰板传的夹具不需穿破面层 而能承受装饰板传 来的施工活荷载和风荷载 来的施工活荷载和风荷载 6 6 开发一种新的抓点式玻璃幕墙开发一种新的抓点式玻璃幕墙 广州国际会议展览中心有近广州国际会议展览中心有近 7 7 万万 m m2 2的的 玻璃幕墙 统一采用竖向预应力钢索承受玻璃幕墙 统一采用竖向预应力钢索承受 玻璃自重 水平交叉预应力索承受风荷载玻璃自重 水平交叉预应力索承受风荷载 的新型索结构体系 采用新型的有良好隔的新型索结构体系 采用新型的有良好隔 热效果的镀有低辐射膜的中空玻璃 热效果的镀有低辐射膜的中空玻璃 玻璃的抓点摒弃了常见的四爪抓点 玻璃的抓点摒弃了常见的四爪抓点 创造了一种崭新的矩形抓点 这种抓点一创造了一种崭新的矩形抓点 这种抓点一 样可以固定相邻的四块玻璃的角点 可以样可以固定相邻的四块玻璃的角点 可以 适应玻璃的变形 也便于安装和更换玻璃 适应玻璃的变形 也便于安装和更换玻璃 而外形却十分简捷新颖 通过有限元分析 而外形却十分简捷新颖 通过有限元分析 并通过荷载试验 证明这种结点安全可靠 并通过荷载试验 证明这种结点安全可靠 7 7 综合应用各种形式的钢结构 满足综合应用各种形式的钢结构 满足 现代建筑的造型要求现代建筑的造型要求 采用两榀双箱形截面的连续钢拱结构采用两榀双箱形截面的连续钢拱结构 三三 角形断面的连续立体钢管桁架结构 构成角形断面的连续立体钢管桁架结构 构成 会展中心标致性的构筑物会展中心标致性的构筑物 中央车站罩中央车站罩 篷 篷 采用腹板上开椭圆孔的采用腹板上开椭圆孔的 H H 型钢曲梁结构 型钢曲梁结构 构成极具韵律感的卡车通道罩篷 构成极具韵律感的卡车通道罩篷 采用立体钢管桁架采用立体钢管桁架 钢管摆柱 构成高大钢管摆柱 构成高大 宽敞而轻巧美观的珠江散步道屋盖和幕墙宽敞而轻巧美观的珠江散步道屋盖和幕墙 承重体系 承重体系 采用不带剪刀撑的钢管柱列 镂空的水采用不带剪刀撑的钢管柱列 镂空的水 平钢梁及支撑 勾画出会展中心平钢梁及支撑 勾画出会展中心 飘飘 的的 外柱廊 外柱廊 围绕设计开展专项研究 取得一批成果 围绕设计开展专项研究 取得一批成果 广州国际会议展览中心面积大 跨度广州国际会议展览中心面积大 跨度 大 荷载大 特别是屋盖结构的张弦桁架大 荷载大 特别是屋盖结构的张弦桁架 跨度为国内之最 结构设计难度也较大 跨度为国内之最 结构设计难度也较大 为了保证结构安全及设计合理 可靠 设为了保证结构安全及设计合理 可靠 设 计单位与华南理工大学 广州大学 同济计单位与华南理工大学 广州大学 同济 大学等单位合作 对一些新技术问题及设大学等单位合作 对一些新技术问题及设 计难点问题进行了专门的研究 其中包括 计难点问题进行了专门的研究 其中包括 张弦桁架性能的研究 张弦桁架性能的研究 空间结构大型铸钢节点的研究 空间结构大型铸钢节点的研究 弯曲钢管性能的研究 弯曲钢管性能的研究 大直径钢管双大直径钢管双 K K 形相贯节点的研究 形相贯节点的研究 带摇摆柱的钢管桁架屋盖结构抗震性能带摇摆柱的钢管桁架屋盖结构抗震性能 研究 研究 结构预警系统的研究 结构预警系统的研究 这些研究包括结构计算分析及模型或这些研究包括结构计算分析及模型或 实体试验 在各方共同努力下 取得了一实体试验 在各方共同努力下 取得了一 批有实际意义的研究成果 并应用于本工批有实际意义的研究成果 并应用于本工 程的设计中 不但保证和提高了本工程的程的设计中 不但保证和提高了本工程的 设计质量和设计水平 而且对提高我国建设计质量和设计水平 而且对提高我国建 筑结构设计水平做出了较大的贡献 筑结构设计水平做出了较大的贡献 2 2 广州新白云机场 广州新白云机场 GAMECO10GAMECO10 号机库号机库 1 1 工程概况 工程概况 本工程由维修机库 喷漆机库 航材本工程由维修机库 喷漆机库 航材 库和与之配套的附楼组合而成 其中机库库和与之配套的附楼组合而成 其中机库 大厅长大厅长 350m350m 进深 进深 100m100m 分为跨度 分为跨度 100m100m 150m150m 的飞机维修区和跨度的飞机维修区和跨度 100m100m 的喷的喷 漆区 屋盖下弦标高漆区 屋盖下弦标高 29m29m 局部 局部 18m18m 机库 机库 屋面最大标高为屋面最大标高为 44m44m 三连续圆弧拱形屋面 三连续圆弧拱形屋面 和前檐弧形外挑勾勒出优美的建筑轮廓和前檐弧形外挑勾勒出优美的建筑轮廓 如如 下图所示下图所示 该工程机库部分为大跨度建筑 该工程机库部分为大跨度建筑 结构特点是高大空旷 屋盖呈三边支撑受结构特点是高大空旷 屋盖呈三边支撑受 力状态 柱顶标高力状态 柱顶标高 29m29m 最大无柱空间的平 最大无柱空间的平 面尺寸面尺寸 250m 80m250m 80m 沿大门一侧 沿大门一侧 350m350m 完全完全 开敞 除角柱外仅布置两根边柱 屋盖自开敞 除角柱外仅布置两根边柱 屋盖自 由边长度为由边长度为 100m 150m 100m100m 150m 100m 该机库的另 该机库的另 一结构特点是有多种移动维修设备悬挂在一结构特点是有多种移动维修设备悬挂在 屋盖下弦 同时屋盖下弦 同时 350m350m 长机库大门完全悬挂长机库大门完全悬挂 于屋盖自由边 其悬挂荷载之大为国内机于屋盖自由边 其悬挂荷载之大为国内机 库之首 因此本机库屋盖结构受力状态复库之首 因此本机库屋盖结构受力状态复 杂 对变形控制要求高 结构方案选择须杂 对变形控制要求高 结构方案选择须 充分考虑结构的受力特性 在满足结构强充分考虑结构的受力特性 在满足结构强 度 刚度和稳定性的同时 还需满足悬挂度 刚度和稳定性的同时 还需满足悬挂 设设 备工作运行和备工作运行和 350m350m 长的悬挂大门稳定的要长的悬挂大门稳定的要 求 场区的抗震设防烈度为求 场区的抗震设防烈度为 6 6 度 机库大度 机库大 厅的安全等级为一级 抗震设防类别为乙厅的安全等级为一级 抗震设防类别为乙 类建筑 结构抗震设计构造措施按类建筑 结构抗震设计构造措施按 7 7 度 度 机库的南 北 西三面均设有附楼 机库的南 北 西三面均设有附楼 作为机库的配套设施及辅助用房 机库大作为机库的配套设施及辅助用房 机库大 厅内部由于生产工艺的需要在大厅尾部设厅内部由于生产工艺的需要在大厅尾部设 钢筋混凝土平台 附楼及平台为框架结构 钢筋混凝土平台 附楼及平台为框架结构 层数为二至五层不等层数为二至五层不等 局部六层局部六层 主要柱 主要柱 网为网为 8m 8m8m 8m 及及 8m 12 5m8m 12 5m 根据生产性质 根据生产性质 建筑立面需要及结构合理伸缩缝间距 以建筑立面需要及结构合理伸缩缝间距 以 伸缩缝分成伸缩缝分成 1010 个结构单元 个结构单元 2 2 设计 技术特点设计 技术特点 屋盖结构屋盖结构 该机库屋盖采用多级桁架结构体系 该机库屋盖采用多级桁架结构体系 桁架沿纵 横向分级设置 由多层主 次桁架沿纵 横向分级设置 由多层主 次 桁架形成空间受力体系 各级桁架按受力桁架形成空间受力体系 各级桁架按受力 状态选择其高度和腹杆布置形式 并在不状态选择其高度和腹杆布置形式 并在不 等高的各级桁架上 下弦平面中分别设置等高的各级桁架上 下弦平面中分别设置 水平支撑构件 多级桁架结构体系受力关水平支撑构件 多级桁架结构体系受力关 系明确 满足变形要求 构造简洁 加工系明确 满足变形要求 构造简洁 加工 安装方便 且空间杆件少 便于喷漆区屋安装方便 且空间杆件少 便于喷漆区屋 盖结构中大截面通风管道的穿行布置 另盖结构中大截面通风管道的穿行布置 另 外在主桁架体系之上还设计了屋面支撑系外在主桁架体系之上还设计了屋面支撑系 统 以满足建筑立面设计要求统 以满足建筑立面设计要求 桁架桁架 结构体系中水平支撑系统的设计十分重要 结构体系中水平支撑系统的设计十分重要 大跨度机库建筑总高一般都超过大跨度机库建筑总高一般都超过 40m40m 水平 水平 风荷载及地震作用对结构都会产生很大的风荷载及地震作用对结构都会产生很大的 影响 由于机库特殊功能要求 大门一侧影响 由于机库特殊功能要求 大门一侧 全开敞 整个建筑的抗侧力构件布置极不全开敞 整个建筑的抗侧力构件布置极不 均匀 因此要求屋盖结构有良好的整体刚均匀 因此要求屋盖结构有良好的整体刚 度 能够合理 有效地传递和分配水平力 度 能够合理 有效地传递和分配水平力 该机库前部大门一侧沿该机库前部大门一侧沿 350m350m 长共布置了长共布置了 4 4 根受力柱 后部结合机头 机尾库位置的根受力柱 后部结合机头 机尾库位置的 限制 布置了两列共限制 布置了两列共 3232 根受力柱 柱距从根受力柱 柱距从 8 8 45m45m 不等 在屋盖结构体系中 由于主 不等 在屋盖结构体系中 由于主 次各级桁架跨度及承受的竖向荷载差异很次各级桁架跨度及承受的竖向荷载差异很 大 因此各级桁架设计高度相差也很大 大 因此各级桁架设计高度相差也很大 形成了多层上 下弦平面 设计中在各桁形成了多层上 下弦平面 设计中在各桁 架上 下弦平面和高 低弦层相邻的斜平架上 下弦平面和高 低弦层相邻的斜平 面内 分别设置了水平支撑构件 并将拱面内 分别设置了水平支撑构件 并将拱 形屋面系统最低区域的水平支撑与桁架相形屋面系统最低区域的水平支撑与桁架相 连接 加强了屋盖结构的侧向刚度和整体连接 加强了屋盖结构的侧向刚度和整体 稳定 以保证水平力的有效传递 稳定 以保证水平力的有效传递 同时 为配合建筑师的设计创作 在同时 为配合建筑师的设计创作 在 主桁架体系之上另设计了一套建筑屋面支主桁架体系之上另设计了一套建筑屋面支 撑系统 包括钢柱 梁 檩条及钢柱的垂撑系统 包括钢柱 梁 檩条及钢柱的垂 直支撑和沿弧形屋面布置的水平支撑 构直支撑和沿弧形屋面布置的水平支撑 构 建成稳定的建成稳定的 3 3 跨连续圆弧拱形屋面 在大跨连续圆弧拱形屋面 在大 门上方还设计了檐口桁架 使檐口呈弧形门上方还设计了檐口桁架 使檐口呈弧形 外挑 勾勒出优美的建筑轮廓 充分满足外挑 勾勒出优美的建筑轮廓 充分满足 了建筑立面设计的要求 了建筑立面设计的要求 大门是机库结构设计的特色之一 除大门是机库结构设计的特色之一 除 应满足飞机进出空间要求之外 大门还是应满足飞机进出空间要求之外 大门还是 整个建筑外围护结构的一部分 该机库大整个建筑外围护结构的一部分 该机库大 门开启长度门开启长度 350m350m 最大开启高度 最大开启高度 25 5m25 5m 设计选用了在国内民用大跨度机库中未使设计选用了在国内民用大跨度机库中未使 用过的悬挂上叠式膜材料大门 共用过的悬挂上叠式膜材料大门 共 1717 扇门 扇门 每扇门最大宽度每扇门最大宽度 20 784m20 784m 悬挂式大门的优 悬挂式大门的优 点是轻巧 美观 无需门库大门可同时完点是轻巧 美观 无需门库大门可同时完 全开启 相邻门扇可对接 减少门占地 全开启 相邻门扇可对接 减少门占地 可充分利用建筑面积 此外 悬挂式大门可充分利用建筑面积 此外 悬挂式大门 使各区段门高可依据大型飞机进出安全高使各区段门高可依据大型飞机进出安全高 度而设定 在满足使用要求的前提下可控度而设定 在满足使用要求的前提下可控 制门高 节约能源 又避免了传统推拉门制门高 节约能源 又避免了传统推拉门 上部设置小门的做法 简化施工 方便使上部设置小门的做法 简化施工 方便使 用 但因其自重悬挂在屋盖前沿 给钢屋用 但因其自重悬挂在屋盖前沿 给钢屋 盖设计增加了难度 提高了对门口桁架承盖设计增加了难度 提高了对门口桁架承 载力和变形的要求 载力和变形的要求 基础设计方案基础设计方案 在基础方案的确定过程中 根据机库在基础方案的确定过程中 根据机库 大厅柱及附楼柱的受力特点和地质条件 大厅柱及附楼柱的受力特点和地质条件 对每个钻孔的土 岩层情况进行了认真的对每个钻孔的土 岩层情况进行了认真的 分析比较 该机库地处珠江三角洲北部 分析比较 该机库地处珠江三角洲北部 为亚热带覆盖型岩溶地区 水文地质条件为亚热带覆盖型岩溶地区 水文地质条件 极为复杂 根据勘察报告 南侧多为全风极为复杂 根据勘察报告 南侧多为全风 化岩和强风化岩 其下的中风化岩层不连化岩和强风化岩 其下的中风化岩层不连 续 微风化岩岩面起伏很大 北侧多为回续 微风化岩岩面起伏很大 北侧多为回 填土 粉质黏土 粗砂层 其下即为中风填土 粉质黏土 粗砂层 其下即为中风 化灰岩和微风化灰岩 岩性以砂岩 泥质化灰岩和微风化灰岩 岩性以砂岩 泥质 粉砂岩 炭质页岩 页岩 泥质灰岩 炭粉砂岩 炭质页岩 页岩 泥质灰岩 炭 质灰岩为主 同时 建设场地分布有大量质灰岩为主 同时 建设场地分布有大量 的溶洞 的溶洞 整个机库南北长达整个机库南北长达 400m400m 从机库到附楼 从机库到附楼 仅柱底轴力设计值由仅柱底轴力设计值由 59843 3kN59843 3kN 到到 400400 500kN500kN 变化 桩端变化 桩端 基础基础 持力层深度持力层深度 从从 4040 多米到基岩露头 只有经多方案比较多米到基岩露头 只有经多方案比较 并结合不同的受力状况 土层分布采取不并结合不同的受力状况 土层分布采取不 同的基础方案 才能取得合理 经济的效同的基础方案 才能取得合理 经济的效 果 果 典型的基础方案如下 典型的基础方案如下 机库大厅柱下的全强 风化岩层厚度机库大厅柱下的全强 风化岩层厚度 分布不均且不连续 中 微风化岩层的岩分布不均且不连续 中 微风化岩层的岩 面起伏大 为保证机库主体结构的安全性 面起伏大 为保证机库主体结构的安全性 因此确定机库大厅柱下均采用钻因此确定机库大厅柱下均采用钻 冲冲 孔灌孔灌 注桩 注桩 6 6 个主受力柱由于垂直和水平荷载大 个主受力柱由于垂直和水平荷载大 为嵌岩端承桩 持力层为微风化岩 桩径为嵌岩端承桩 持力层为微风化岩 桩径 为为 1000 1000 和和 1200 1200 两种 桩进入持力层两种 桩进入持力层 的深度为的深度为 1 5d d1 5d d 为桩径为桩径 其余机库柱为 其余机库柱为 摩擦端承桩或端承摩擦桩基础 持力层为摩擦端承桩或端承摩擦桩基础 持力层为 中风化或微风化岩 桩径为中风化或微风化岩 桩径为 800 800 桩进入 桩进入 持力层的深度为持力层的深度为 500mm500mm 北附楼及西北附楼由于其下多为粗砂北附楼及西北附楼由于其下多为粗砂 层和粉质黏土层 无可靠的天然地基持力层和粉质黏土层 无可靠的天然地基持力 层 因此采取钻层 因此采取钻 冲冲 孔灌注桩 为摩擦端孔灌注桩 为摩擦端 承桩或端承摩擦桩基础 持力层为中风化承桩或端承摩擦桩基础 持力层为中风化 或微风化岩 桩径为或微风化岩 桩径为 800 800 桩进入持力层 桩进入持力层 的深度为的深度为 500mm500mm 南附楼 西南侧 西侧中部附楼下多南附楼 西南侧 西侧中部附楼下多 为全风化岩和强风化岩层 基础是否可以为全风化岩和强风化岩层 基础是否可以 选用全风化和强风化岩层做持力层选用全风化和强风化岩层做持力层 对此做对此做 了一些深入细致的工作 进行了方案比较 了一些深入细致的工作 进行了方案比较 但由于该场地的全风化岩 强风化岩但由于该场地的全风化岩 强风化岩 有其地区特点 遇水易软化和崩解 当基有其地区特点 遇水易软化和崩解 当基 坑晾晒时间过长时承载力会降低 其压缩坑晾晒时间过长时承载力会降低 其压缩 模量模量 E E 值较低 分别为值较低 分别为 7MPa7MPa 和和 8MPa8MPa 根据 根据 此值进行独立柱基的沉降计算 如南侧附此值进行独立柱基的沉降计算 如南侧附 楼中柱采用天然地基 持力层为强风化岩 楼中柱采用天然地基 持力层为强风化岩 计算出的沉降值约为计算出的沉降值约为 108mm108mm 而机库柱下为 而机库柱下为 桩基础 几乎没有沉降 两柱相距桩基础 几乎没有沉降 两柱相距 8m8m 沉 沉 降差不满足框架结构降差不满足框架结构 0 20 2 的要求 据此最 的要求 据此最 终也采用钻终也采用钻 冲冲 孔灌注桩基础 持力层为孔灌注桩基础 持力层为 中风化或微风化岩 桩径为中风化或微风化岩 桩径为 800 800 桩进入 桩进入 持力层的深度为持力层的深度为 500mm500mm 另外 对中 微风化岩露头和埋深较另外 对中 微风化岩露头和埋深较 浅的区域按独立基础设计 浅的区域按独立基础设计 3636 4040 轴间的轴间的 西北附楼有一层地下室 其下为中风化岩西北附楼有一层地下室 其下为中风化岩 层 采用筏板基础 层 采用筏板基础 由于机库柱底有较大的水平力 因此由于机库柱底有较大的水平力 因此 在桩基础的设计中不仅要考虑竖向承载力 在桩基础的设计中不仅要考虑竖向承载力 还要考虑水平承载力能否满足上部结构的还要考虑水平承载力能否满足上部结构的 要求 还由于建设场地的地质情况比较复要求 还由于建设场地的地质情况比较复 杂 基岩面坡度较大 为了保证水平力的杂 基岩面坡度较大 为了保证水平力的 正常传递和桩抗水平力的安全性 加强基正常传递和桩抗水平力的安全性 加强基 础的整体刚性 增强结构整体的安全 在础的整体刚性 增强结构整体的安全 在 所有桩基础间设置了基础梁 有柱问支撑所有桩基础间设置了基础梁 有柱问支撑 的桩基础间设置了钢筋混凝土压杆 的桩基础间设置了钢筋混凝土压杆 另外 据了解广州地区无单桩水平静另外 据了解广州地区无单桩水平静 载试验方面的经验资料及试验数据 因此载试验方面的经验资料及试验数据 因此 将将 000 000 和和 1200 1200 的桩身配筋率控制在的桩身配筋率控制在 0 65 0 65 以上 使桩的水平承载力设计值满足以上 使桩的水平承载力设计值满足 柱底对桩基础的水平承载力要求 柱底对桩基础的水平承载力要求 3 3 哈尔滨国际会展体育中心 哈尔滨国际会展体育中心 本工程为哈尔滨国际会展体育中心本工程为哈尔滨国际会展体育中心 如下如下 图所示图所示 位于哈尔滨市经济技术开发区内 位于哈尔滨市经济技术开发区内 地理位置优越 建设用地西临红旗大街 地理位置优越 建设用地西临红旗大街 东临南直路 南为长江路 北为黄河路 东临南直路 南为长江路 北为黄河路 泰山路从场地内穿过 由于基地四周均为泰山路从场地内穿过 由于基地四周均为 城市干道 基础设施良好 交通便利 通城市干道 基础设施良好 交通便利 通 达 达 张弦桁架结构简图张弦桁架结构简图 本工程属超大型公共建筑 总用地本工程属超大型公共建筑 总用地 43 72hm43 72hm2 2 建设总规模为 建筑面积 建设总规模为 建筑面积 321943m321943m2 2 五万人体育场 本工程集会议 五万人体育场 本工程集会议 展览 体育训练与比赛功能为一体 建筑展览 体育训练与比赛功能为一体 建筑 群由三部分组成 群由三部分组成 1 1 号工程为主馆 号工程为主馆 25002500 个国际标准展位的国际展览中心 综合训个国际标准展位的国际展览中心 综合训 练馆 体育馆 练馆 体育馆 2 2 号工程为国际会议中心 号工程为国际会议中心 宾馆 含宾馆 含 18001800 座会议厅兼剧场及多种规模座会议厅兼剧场及多种规模 的会议厅 的会议厅 3838 层总高度层总高度 169 7m169 7m 的四星级宾的四星级宾 馆 馆 3 3 号工程为五万人体育场 号工程为五万人体育场 哈尔滨国际会议展览体育中心主馆纵向哈尔滨国际会议展览体育中心主馆纵向 总长度为总长度为 618m618m 横向长度为 横向长度为 128m 128m 主跨大主跨大 厅厅 20m 20m 附属玻璃长廊附属玻璃长廊 建筑纵向两端为 建筑纵向两端为 附属功能用房 下部为混凝土结构 屋面附属功能用房 下部为混凝土结构 屋面 结构为两片曲面网架 建筑中部由相同的结构为两片曲面网架 建筑中部由相同的 3535 榀榀 128m128m 跨的张弦桁架覆盖 桁架间距为跨的张弦桁架覆盖 桁架间距为 15m15m 共分成 共分成 5 5 个矩形空间 它们彼此互相个矩形空间 它们彼此互相 独立 左边独立 左边 3 3 个矩形空间为单层展览大厅 个矩形空间为单层展览大厅 第第 4 4 与第与第 5 5 个矩形空间分别为训练馆和万个矩形空间分别为训练馆和万 人体育馆 训练馆和体育馆内部为人体育馆 训练馆和体育馆内部为 2 2 层结层结 构 内部的楼层为独立的混凝土结构 在构 内部的楼层为独立的混凝土结构 在 传力上与屋盖主体结构不发生关系 这传力上与屋盖主体结构不发生关系 这 5 5 个矩形空间由前端的个矩形空间由前端的 20m20m 宽玻璃长廊连接宽玻璃长廊连接 交通 该玻璃长廊为轻型钢结构体系 整交通 该玻璃长廊为轻型钢结构体系 整 个主馆建筑四周均由玻璃幕墙围合 显而个主馆建筑四周均由玻璃幕墙围合 显而 易见 易见 128m128m 跨的预应力张弦桁架是整个主跨的预应力张弦桁架是整个主 馆结构设计中的关键内容 馆结构设计中的关键内容 哈尔滨国际会议展览体育中心哈尔滨国际会议展览体育中心 3 3 号工号工 程是一座程是一座 5 5 万人的国际标准综合体育场 万人的国际标准综合体育场 体育场沿长轴两边看台上方各有一片罩篷体育场沿长轴两边看台上方各有一片罩篷 结构 这两片罩篷结构形式完全相同 该结构 这两片罩篷结构形式完全相同 该 罩篷结构为三维曲面造型 纵向长度为罩篷结构为三维曲面造型 纵向长度为 247 5m247 5m 横向最大长度 横向最大长度 64 2m64 2m 每片罩篷面 每片罩篷面 积约积约 15000m15000m2 2 1 1 号工程主馆用钢量为号工程主馆用钢量为 67kg m67kg m2 2 3 3 号工程体育场用钢量为号工程体育场用钢量为 114kg m114kg m2 2 其设计特点如下 其设计特点如下 主馆中央部分的主馆中央部分的 5 5 个独立空间单元结个独立空间单元结 构形式是相同的 只是根据建筑功能的要构形式是相同的 只是根据建筑功能的要 求每个空间单元馆的桁架榀数不同 下图求每个空间单元馆的桁架榀数不同 下图 给出了作为展览大厅的给出了作为展览大厅的 3 3 个单元的具体结个单元的具体结 构布置 每个单元由数榀完全相同的张弦构布置 每个单元由数榀完全相同的张弦 桁架通过支撑系统连接成整体 由于张弦桁架通过支撑系统连接成整体 由于张弦 桁架为平面受力构件 跨度大并且刚度较桁架为平面受力构件 跨度大并且刚度较 弱 平面外需要有强大的支撑 桁架间的弱 平面外需要有强大的支撑 桁架间的 支撑由支撑由 5 5 道均匀布置的纵向刚性支撑和沿道均匀布置的纵向刚性支撑和沿 单元周边布置的平面交叉支撑组成 其中单元周边布置的平面交叉支撑组成 其中 纵向刚性支撑也为空间桁架形式 纵向刚性支撑也为空间桁架形式 预应力张弦桁架由前端的人字形摇摆预应力张弦桁架由前端的人字形摇摆 柱和后端的刚性柱支承 桁架与刚性柱之柱和后端的刚性柱支承 桁架与刚性柱之 间连接为固定铰支座 摇摆柱使桁架与下间连接为固定铰支座 摇摆柱使桁架与下 部结构间形成了理想的可动铰支座 使超部结构间形成了理想的可动铰支座 使超 大跨度的张弦桁架的整体受力形成理想的大跨度的张弦桁架的整体受力形成理想的 简支形式 这样可以很好地释放桁架中的简支形式 这样可以很好地释放桁架中的 温度应力 同时可以不对下部结构产生较温度应力 同时可以不对下部结构产生较 大推力 大大简化下部结构和基础结构的大推力 大大简化下部结构和基础结构的 设计 前端的人字柱既可以传递竖向力 设计 前端的人字柱既可以传递竖向力 又可以为建筑物提供足够强大的纵向刚度 又可以为建筑物提供足够强大的纵向刚度 从建筑造型和结构受力上看都是比较理想从建筑造型和结构受力上看都是比较理想 的 的 大厅前立面玻璃幕墙的支撑桁架大厅前立面玻璃幕墙的支撑桁架 抗风抗风 柱柱 上端与张弦桁架连接在一起 并采用了上端与张弦桁架连接在一起 并采用了 一种专门设计的连接构造 使两者间仅传一种专门设计的连接构造 使两者间仅传 递水平向力 竖直向不传力 这样近递水平向力 竖直向不传力 这样近 30m30m 高的幕墙支撑桁架得到可靠的水平支承 高的幕墙支撑桁架得到可靠的水平支承 又可以不负担屋面的竖向荷载 使二者的又可以不负担屋面的竖向荷载 使二者的 受力都比较明确 受力都比较明确 张弦桁架上弦杆截面为张弦桁架上弦杆截面为 480 24 480 24 桁 桁 架中部下弦杆件截面为架中部下弦杆件截面为 480 12 480 12 接近支 接近支 座处下弦杆件为座处下弦杆件为 480 24 480 24 材质为 材质为 Q345BQ345B 桁架弦杆与腹杆间为相贯焊接连接 桁架弦杆与腹杆间为相贯焊接连接 张弦桁架拉索选用张弦桁架拉索选用 439 7439 7 截面面积为 截面面积为 16895mm16895mm2 2 张弦桁架中拉索为高强度低松弛 张弦桁架中拉索为高强度低松弛 镀锌钢丝束 其抗拉强度为镀锌钢丝束 其抗拉强度为 1570MPa1570MPa 拉索 拉索 锚具采用锚具采用 40Cr40Cr 钢 为了受力更合理 将张钢 为了受力更合理 将张 弦桁架的拉索锚固端节点设置在桁架的形弦桁架的拉索锚固端节点设置在桁架的形 心处 使得拉索中的拉力由相交于一点的心处 使得拉索中的拉力由相交于一点的 5 5 根桁架腹杆直接传递到桁架弦杆上 同时根桁架腹杆直接传递到桁架弦杆上 同时 也简化了拉索锚固端节点的构造 为了方也简化了拉索锚固端节点的构造 为了方 便施工 张弦桁架与摇摆柱 张弦桁架与便施工