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摘　要：貴陽(yáng)漁安中天文化活動(dòng)中心位于貴陽(yáng)市漁安新城區(qū)，建成后將成為中天城投集團(tuán)銷售中心和文化中心。本建筑地上主體部分由3個(gè)館組成，且均為鋼結(jié)構(gòu)。其中1號(hào)館為鋼框架與鋼拉桿體系、2號(hào)館為鋼框架與鋼桁架支撐體系、3號(hào)館為純鋼框架體系; 1號(hào)館內(nèi)部設(shè)一獨(dú)立云鋼結(jié)構(gòu)為空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。該建筑結(jié)構(gòu)體系極其復(fù)雜，在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了PKPM、ETABS等多種軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算、分析、設(shè)計(jì)。本文主要介紹該文化活動(dòng)中心的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：文化活動(dòng)中心 鋼框架結(jié)構(gòu) 空間鋼結(jié)構(gòu) ETABS

1 結(jié)構(gòu)與體系

1.1 項(xiàng)目概況

貴陽(yáng)漁安中天文化活動(dòng)中心位于貴陽(yáng)市漁安新城區(qū)，整體長(zhǎng)約102m，寬約61m，高約21m，基底面積約5329 m2，地下2層總為車庫(kù)、設(shè)備、庫(kù)房，地下面積約為12600 m2，地上3層為活動(dòng)室、辦公、服務(wù)，地上面積約為8816m2。建成之后該建筑將成為中天城投集團(tuán)銷售中心和文化活動(dòng)中心。

1.2 結(jié)構(gòu)體系

本工程地下為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地上為鋼結(jié)構(gòu)，地上部分又分為3個(gè)獨(dú)立的小館，1#館長(zhǎng)約59m，寬約23m，共一層高約20m，外部為預(yù)應(yīng)力拉索幕

墻結(jié)構(gòu)，荷載較大，結(jié)構(gòu)形式采用鋼框架加鋼拉桿結(jié)構(gòu)體系，為了減少柱的計(jì)算長(zhǎng)度，在9.8m標(biāo)高位置增設(shè)了一圈外框梁；3號(hào)館分三層，樓板采用鋼筋桁架樓承板，上人樓面，荷載大，建筑外形規(guī)則，結(jié)構(gòu)傳力簡(jiǎn)單明確，采用圓鋼管柱加H型鋼梁鋼框架結(jié)構(gòu)體系即滿足使用要求；2號(hào)館總體分三層，鋼筋桁架樓承板，荷載大。另建筑外形復(fù)雜，高低錯(cuò)落，局部區(qū)域跨度大，樓面部分區(qū)域有覆土及大型機(jī)房，同樣采用鋼框架加鋼桁架結(jié)構(gòu)體系；1#館內(nèi)部云鋼結(jié)構(gòu)，外形獨(dú)特，空間桿件錯(cuò)綜復(fù)雜。云結(jié)構(gòu)沿豎向分為9個(gè)平面，每個(gè)平面間距2m，水平向桿件都布置于每個(gè)平面中，而沿長(zhǎng)度方向分為若干個(gè)間距3.3m豎向立面，豎向桿件布置在各立面中，橫向及豎向各桿件交匯形成即空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。各館部分建筑平立面及結(jié)構(gòu)相關(guān)圖詳圖1～圖11。

1.3 結(jié)構(gòu)整體性能

根據(jù)各計(jì)算結(jié)果，三小館前三周期分別見(jiàn)表2～表4：

表1 1#館前三周期

從表1可以看出，1號(hào)館結(jié)構(gòu)周期較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)偏柔，原因是結(jié)構(gòu)柱距大，沒(méi)有樓板，屋面及側(cè)面梁稀疏大部分通過(guò)拉桿來(lái)連接。

圖1 首層平面建筑圖（貴陽(yáng)漁安中天文化活動(dòng)中心）

圖2 二層平面建筑圖

圖3 1號(hào)館立面圖

圖4 1#館三維圖

圖5 2#館a-1軸立面圖

圖6 2#館a-2軸立面圖

圖7 2#館三維圖（貴陽(yáng)漁安中天文化活動(dòng)中心）

圖8 云結(jié)構(gòu)三維圖

圖9 云結(jié)構(gòu)俯視圖

圖10 3號(hào)館二層平面圖（貴陽(yáng)漁安中天文化活動(dòng)中心）

圖11 3號(hào)館屋面平面圖

 表2 2號(hào)館前三周期

表3 3#館前三周期

2號(hào)館，3號(hào)館各三層，且層高相當(dāng)，從表2，表3中看出，2號(hào)館周期明顯比3#館的要長(zhǎng)，原因是2#結(jié)構(gòu)跨度大，內(nèi)部有高低錯(cuò)層，剛度較弱，結(jié)構(gòu)荷載大。

結(jié)構(gòu)在X、Y方向地震作用下的基底總反力如表4：

表4 地震作用下基底反力表（kN）

1號(hào)館基底反力偏小主要是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)沒(méi)有樓板，結(jié)構(gòu)總質(zhì)量少。

各館在地震力作用下最大位移見(jiàn)表5。

表5 地震作用下最大位移（mm）

從表5可以看出，3號(hào)館整體剛度較大，位移較小，2號(hào)館位移較大，剛度較柔。以上位移均遠(yuǎn)少于1/350。

2 構(gòu)件設(shè)計(jì)與構(gòu)造

2.1 構(gòu)件設(shè)計(jì)

根據(jù)三個(gè)獨(dú)立的小館的結(jié)構(gòu)形式采用不同的設(shè)計(jì)軟件對(duì)其進(jìn)行計(jì)算分析。1號(hào)館結(jié)構(gòu)規(guī)則，樓層簡(jiǎn)單，建筑要求應(yīng)用鋼拉桿，運(yùn)用ETABS建?？蓾M足結(jié)構(gòu)計(jì)算要求；2號(hào)館外形多變，空間關(guān)系復(fù)雜，結(jié)構(gòu)形式也用了鋼拉桿，分析時(shí)也采用ETABS進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算；3號(hào)館結(jié)構(gòu)樓層清晰，且梁柱形式簡(jiǎn)單，故用PKPM做結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)；1號(hào)館內(nèi)部云結(jié)構(gòu)形狀極為不規(guī)則，且復(fù)雜多變，是一個(gè)純空間結(jié)構(gòu)，因此采用SAP2000進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。

鋼構(gòu)件設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為重要的一環(huán)，構(gòu)件截面大小將決定結(jié)構(gòu)的安全性及舒適性，而截面的形狀不僅影響建筑立面效果，更關(guān)系到鋼結(jié)構(gòu)加工制作與安裝，進(jìn)而影響工程的施工進(jìn)度。

1號(hào)館中所有柱均采用矩形鋼柱B600×600×24×24內(nèi)部灌C50級(jí)混凝土，柱鋼材為Q235B，屋面鋼框梁截面為B900×600×20×30，9.8m標(biāo)高位置鋼框梁截面為B600×600×16×16，拉桿Ф50實(shí)心鋼拉桿，鋼梁及鋼拉桿材質(zhì)均為Q345B；2#館構(gòu)件截面較多，柱截面為Ф800×30、Ф600×20圓鋼管柱，其內(nèi)部均灌C50級(jí)混凝土，梁截面均為H型鋼梁；3號(hào)館柱Ф800×30，梁為H型鋼；1號(hào)館內(nèi)部云結(jié)構(gòu)縱向構(gòu)件截面為Ф350×16，橫向構(gòu)件截面為Ф350×8，底座環(huán)形鋼梁為H600×600×12×16，材質(zhì)均為Q235B。該工程主要構(gòu)件截面詳見(jiàn)表6:

表6  構(gòu)件截面表

本項(xiàng)目為文化活動(dòng)中心，人流密集，結(jié)構(gòu)跨度大；局部區(qū)域還有大型機(jī)房及覆土，結(jié)構(gòu)荷載大；大面積幕墻結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力拉索荷載大。人員活動(dòng)時(shí)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生豎向振動(dòng)，為了避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振，減少人行不安全舒適感，結(jié)構(gòu)上部豎向自振頻率不應(yīng)小于3Hz。因此本結(jié)構(gòu)計(jì)算并不是由結(jié)構(gòu)擾度控制，而是由結(jié)構(gòu)舒適度控制。結(jié)構(gòu)豎向自振頻率由式2.1確定：

                  2.1

從式2.1中可以看出結(jié)構(gòu)自振頻率與結(jié)構(gòu)總剛度的平方根成正比，與結(jié)構(gòu)總質(zhì)量平方根成反比，要提高結(jié)構(gòu)的豎向自振頻率，則增強(qiáng)結(jié)構(gòu)自身剛度。

經(jīng)計(jì)算分析2#館與3#館樓板的豎向自振頻率分別為3.125 Hz和3.45Hz，均大于3.0Hz，滿足要求。

2.1 節(jié)點(diǎn)及構(gòu)造

鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占據(jù)著舉足輕重的作用，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的好壞直接影響到鋼構(gòu)件搭接的可靠性和整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性。規(guī)范也明確規(guī)定：強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件，正是通過(guò)一個(gè)個(gè)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)才把松散的鋼構(gòu)件連接成一個(gè)整體，形成結(jié)構(gòu)總剛度。鋼結(jié)構(gòu)工程中節(jié)點(diǎn)一般分為柱腳節(jié)點(diǎn)，梁柱節(jié)點(diǎn)，支撐節(jié)點(diǎn)，梁梁節(jié)點(diǎn)及拉桿節(jié)點(diǎn)等。

柱腳節(jié)點(diǎn)是連接上部鋼結(jié)構(gòu)與下部其它結(jié)構(gòu)的橋梁，關(guān)系到上部鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定與安全。本工程中主體鋼結(jié)構(gòu)柱腳節(jié)點(diǎn)主要采用埋入式柱腳：環(huán)形柱底板與柱采用坡口焊焊接，底板通過(guò)錨栓與下部混凝土或基礎(chǔ)連接，柱壁打栓釘使鋼柱與外部混凝土咬合，這種節(jié)點(diǎn)形式簡(jiǎn)單，傳力明確，加工制作方便，安裝容易，詳如圖12：

圖12 埋入式柱腳

梁柱節(jié)點(diǎn)是保證橫向構(gòu)件梁上荷載順利傳遞到豎向構(gòu)件柱的一種連接形式。本項(xiàng)目梁柱節(jié)點(diǎn)均采用內(nèi)隔板式梁柱連接：內(nèi)隔板開(kāi)灌漿孔及通氣孔，兩隔板之間加豎向加勁板與柱內(nèi)壁全熔透焊接，當(dāng)兩邊梁不等高時(shí)，矮梁采用加腋處理，如圖13：

圖13 內(nèi)隔板式梁柱連接

該工程梁和桁架支撐都采用H型鋼，容易加工制作，節(jié)點(diǎn)連接簡(jiǎn)單，支撐節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)域?qū)⒅芜M(jìn)行放大處理并在梁柱位置加設(shè)與支撐翼緣等厚的加勁板。梁梁連接分梁梁剛接和梁梁鉸接，其中鉸接只用螺栓連接次梁的腹板，次梁翼緣板不與主梁焊接。如圖14，15：

為滿足建筑的立面和幕墻要求，在1號(hào)的側(cè)面及屋面都設(shè)計(jì)有Ф50鋼拉桿，其節(jié)點(diǎn)形式主要是通過(guò)50厚鋼板來(lái)連接鋼拉桿與主結(jié)構(gòu)，連接板上打孔連接拉桿，這種連接方式簡(jiǎn)單可靠，施工方便，詳見(jiàn)圖16,17。

3 結(jié) 論

本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)整體分為三個(gè)小館，依據(jù)各小館的建筑特點(diǎn)及幕墻要求采用不同的結(jié)構(gòu)體系，并通過(guò)不同的結(jié)構(gòu)軟件對(duì)其進(jìn)行分析與計(jì)算，在保證結(jié)構(gòu)安全可靠的前提下，滿足結(jié)構(gòu)的舒適度要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)對(duì)鋼構(gòu)件截面的選取，來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)加工與制作及安裝的便利，從來(lái)節(jié)省工期和造價(jià)，這是本項(xiàng)目的最大特點(diǎn)。

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