保利珑门|系杆拱连体大跨度结构

2019-05-17

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保利珑门广场项目是佛山南海新轴线上的地标建筑,其“南国之门”的连体建筑造型为结构的实现带来挑战。瀚华作为该项目的结构设计咨询单位,在基于造价经济和结构安全的综合考虑下,探讨多个方案,最终通过系杆拱连体结构设计完美满足了立面造型和天面泳池视野需求。

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结构比选方案介绍
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  连体跨度内分4格的通高桁架

该方案建立4榀两层通高桁架连接两塔楼,具有受力明确,榀数适中,横向次梁跨度适中,连体桁架斜腹杆对称的特点,但是第二榀桁架传力不直接、第三榀桁架的斜腹杆暴露在室内对建筑会造成一定影响。

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  连体跨度内分5格的4榀两层通高桁架

和4格通高桁架方案对比,该方案更加符合建筑模数,但是同样具有第二榀桁架传力不直接和第三榀桁架影响建筑空间的问题,并且由于新增一格,故连体桁架斜腹杆不对称。

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  连体跨度内分6格的3榀两层通高桁架

建立3榀两层通高桁架,相较上述方案具有对建筑空间无影响(中间桁架藏在隔墙内),榀数使用较少,连体桁架斜腹杆对称的优点。但缺点为中间榀桁架传力不直接,横向次梁跨度较大。

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  底层托换桁架

42层为连体结构下一层,通过将部分空间设置为设备层,在该层建立5榀联系两塔楼的桁架,托换上部两层框架结构连体。该方案的优点为对连体建筑内部空间和外立面均影响较小,缺点为需牺牲42层部分住宅空间,且由于桁架跨高比较大,桁架需要较高的含钢量才能满足受力、变形和舒适度要求,结构造价高。

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  连体桁架下设隔震支座的弱连接体系

结合结构转换层,留出隔震支座空间,通过隔震支座支承连体的桁架,这一种做法可以使得塔楼的受力和变形基本独立,在水平荷载作用下受连体的影响基本可以忽略,但是由于隔震支座变形大,使防震缝较宽,所以建筑难以处理,并且隔震支座也需要定时维护。

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  系杆拱连体结构体系

系杆拱连体结构体系是本项目中采用的方案。系杆拱结构以钢管混凝土拱肋受压、连接两端拱脚的型钢系杆受拉的拉杆拱受力特征,充分发挥钢管混凝土材料适合受压、钢材适合受拉的各自优势,相比传统的以受弯为受力特征的整体桁架或者是托换桁架大跨度结构,具有结构轻巧美观、造价经济以及能较大程度满足建筑使用功能和外观要求的优点。

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技术要点

为了可以更加好的实施方案,本工程对采用的系杆拱连体结构,在受力机理和特点、整体稳定及节点的设计与分析、施工模拟及施工阶段的验算、系杆受拉伸长变形对楼盖的影响等方面,作深入详细的分析论证。


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系杆拱结构三维模型图

系杆拱的布置与特点

1 刚性系杆兼做楼盖主梁

刚性系杆兼作楼盖主梁可以使得建筑物在某根吊杆失效的时候依然拥有较好的抗连续倒塌能力,并且造价经济,适合在实际工程中使用,为本项目采用方案。

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2 柔性系杆以横梁为楼盖主梁
柔性系杆以横梁为楼盖主梁的特点是在某根吊杆失效的时候,结构无抗连续倒塌能力。

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3 柔性系杆与纵向主梁分别单独设置
柔性系杆与纵向主梁分别单独设置虽然可以获得较好的抗连续倒塌能力,但是该建造方式的造价较高。

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施工模拟

考虑到本项目的独特性,特意将项目进行了施工模拟分析,更加全面的了解项目的各个施工阶段。


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CS45施工步示意图

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CS47施工步示意图

 抗连续倒塌分析

为了获得更加好的抗连续倒塌能力,特意采用了刚性系杆刚性拱,该结构的优点是在某根吊杆破断后,纵向系梁刚度和强度较大,仍具有继续抵抗荷载的能力而使楼面不垮塌。

温度作用计算

在温度的影响之下结构将会发生形变,这也会使得建筑受到破坏,故本工程考虑均匀温度作用,以拱结构形成约束并浇筑混凝土的温度为初始温度,考虑结构在最高和最低平均温度对应温差下结构的作用效应。并根据《建筑结构荷载规范》进行了相关的计算,得出温升温降对系杆拱结构产生有意义的影响,设计时不应忽略。

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温升工况下Sig-yy应力图

系杆拱的整体稳定承载力验算

钢管混凝土拱肋截面一般由面内整体稳定承载力控制,采用《拱形钢结构技术规程》的经验公式计算,因未考虑连体二层和顶层对拱肋的支撑,结果是偏于安全的;如采用《钢管混凝土拱桥技术规范》公式计算,则结果更加保守,同时尚考虑了钢管初应力和徐变的影响。

结构舒适度计算

通过对最不利振动点的选取,计算竖向振动模态,确定出楼板振动最不利的区域。经计算,连体楼盖满足竖向舒适度的要求。


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节点的有限元分析

通过对节点进行有限元分析可以更加好的了解拱脚节点处由拱肋受压转化为系杆受拉的内力传递情况。

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保利珑门项目概况

工程地点:佛山南海大沥地区新轴线

用地面积:6039.58㎡

建筑面积:111567.50㎡

咨询团队:姚永革 严仕基 叶云青

合作单位:保利华南实业有限公司

                广州吕元祥建筑设计有限公司

                佛山市岭南建筑设计咨询有限公司

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