上海科技城结构设计

上海科技城结构设计简介上海科技城是1999年由上海市政府投资兴建的社会文化项目，曾为APEC会议主会场，主要用于向社会展示科技成果，普及科技知识，为当年上海市政府重点项目。现已成为上海市标志性建筑之一。建筑物由主楼、附楼及下沉广场组成。本文介绍了其上部结构设计，超长地下室外墙控制裂缝设计，基础设计等内容。关键字上海科技城，结构设计上海科技城结构设计一、工程概况上海科技城是1999年由上海市政府投资兴建的社会文化项目，曾为APEC会议主会场，主要用于向社会展示科技成果，普及科技知识，为当年上海市政府重点项目。现已成为上海市标志性建筑之一。上海科技馆位于浦东花木行政文化中心区，毗邻世纪公园，与浦东新区行政管理中心遥遥相对。建筑物有主楼、附楼及下沉广场组成。主楼建筑面积88000平方米，基地面积68726平方米，主楼最高四层，由低（11米）向高（49米）呈螺旋上升。建筑物平面呈半圆环形，最大半径160米，最小半径80米，外圆弧长490米。二、结构设计由于上海科技馆平面尺寸大、层数及高度变化多、建筑型体复杂。为满足建筑型体和建筑功能，在结构设计中分别采用了钢筋混凝土框架结构、预应力混凝土结构、钢结构和铝合金结构。（一）上部结构设计科技馆主楼为半圆环形平面，外圆弧长490M，宽近90M。无论长度、宽度均超出我国现行设计规范的限值。综合建筑设计和建筑物使用功能，结构设计通过设置二条结构缝，将建筑物分成3个独立的结构体A区、B区、C区见（图六、结构分区平面）。A区结构体本分区地上4层，地下1层，层高10M。结构体系为现浇钢筋混凝土框架结构，框架梁为有粘结预应力梁，梁跨度为18M。楼板采用井字梁，井字梁为无粘结预应力梁。屋面为四角锥平板式钢网架结构。B区结构本分区结构布置为大跨度不规则柱网，有一层及两层楼面处采用钢筋混凝土预应力梁框架结构，中间大空间椭球体为铝合金单层网壳结构，屋面采用大跨度空间钢桁架结构。C区结构引水渠通过本分区，使结构柱网不规则，柱网大小差异多，楼面结构跨度较大处，采用钢筋混凝土预应力梁，屋面由四角锥平板式钢网架、空间钢桁架、箱型断面钢梁三部分组成（二）超长地下室外墙控制裂缝设计地下室外墙平面呈圆弧形，地下室外圆弧长度近300M，内圆弧长达230M，宽度近90M，整个建筑物地下室无论从建筑设计还是从建筑物的使用功能均要求连续贯通，不能设置变形缝，且地下室顶板高出室外地坪12M。混凝土强度等级为C40。本工程地下室外墙控制裂缝设计的关键之处是地下室外墙的超长度；外墙上端暴露在室外，使混凝土易随季节气温变化而产生温度应力。针对上述因素，地下室外墙裂缝控制设计的原则是“抗放兼备，以抗为主“。“抗“就是给地下室混凝土外墙施加预应力抵消温度应力和部分收缩应力；“放“就是设置后浇带、分区施工、释放施工前期混凝土收缩应力，控制裂缝过早过多产生。1外墙预应力设计对正常使用阶段由于温度变化而引起大面积混凝土墙体裂缝，抗裂缝设计时采用预应力技术，沿墙体长向施加一定值的压应力，使墙体内的应力值达到在任何季节、任何工况下不出现拉应力或至少不出现超过混凝土抗拉强度值。（1）温度应力计算计算模型地下室外墙体下端与基础底板连接，上端与楼板相接，但由于楼板厚度相对较薄，且同样配置预应力钢筋，张拉时可以认为墙体与楼板同步变形，即计算模型为墙体沿长向、下端有约束，取5M宽地下室底板与其相连，上端为自由。预应力抗裂设计只考虑平均季节温差引起的轴向应力，不考虑室内外温度梯度差产生的弯曲应力。抗裂设计温差取T16C。采用大型通用有限元分析软件对墙体进行模拟计算。（2）预应力计算结果控制指标地下室外墙板000M标高至5400M标高范围内采用无粘结预应力，预应力筋采用抗拉强度标准值FPTK1860MPA，单根直径D1524MM，。在地下室外墙板000M标高至200M标高范围内建立平均不小于2MPA的预压应力,以下部分压应力逐渐减小。预应力钢筋的布置配筋沿竖向分为三段上段2600MM范围内，22U15200；中段1500MM范围内，22U15300；下段1200MM范围内，22U15400。顶部27U15。（3）张拉设计为不使地下室外墙过早产生裂缝，预应力分两次施加，以避免地下室外墙由于收缩等原因，使混凝土墙体产生开裂。第一次在混凝土强度达C25时张拉50的设计拉力，第二次在混凝土强度达到设计值时张拉到设计拉力值。2施工后浇带为克服混凝土的收缩、徐变变形，克服结构施工期的多种变形，设计上采用通过设置后浇带方法，使地下室外墙沿长度分为3个施工区段，每区段长度控制在100M以内。待各区段间变形趋于稳定后，浇筑后浇带，使墙体最终连为一体。各区段地下室外墙施工严格控制混凝土的水灰比，有针对性地对混凝土的浇筑、养护采用特殊措施，限制早期裂缝的过多出现。（三）基础设计基础设计依据建筑物承受的荷载、地质情况以及建筑物所处环境特性。由于结构两个方向的柱距均较大，一般均在18米以上，使得单柱荷载较大。建筑物基地内有一引水渠通过，无论施工时还是建筑物建成后对引水渠均不能