文/陳佳 南京大學(xué)建筑規(guī)劃研究院有限公司 江蘇南京 210093

南京大學(xué)大學(xué)生活動(dòng)中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

文/陳佳 南京大學(xué)建筑規(guī)劃研究院有限公司 江蘇南京 210093

根據(jù)上述特點(diǎn)，經(jīng)與建筑師協(xié)調(diào)，房屋高度較低區(qū)域柱截面加大，房屋高度較高區(qū)域：?jiǎn)螌涌諘鐓^(qū)域柱截面不變，加大配筋；其他區(qū)域柱截面加大至建筑師許可的最大程度，在中震彈性不夠的方向單向加剪力墻翼墻，翼墻同建筑師協(xié)商盡量為長(zhǎng)肢墻，局部無(wú)法避免短肢處短肢墻的截面高度與墻厚之比不小于6。

截面、配筋按中震彈性分析調(diào)整后，根據(jù)抗震規(guī)范，進(jìn)行pushover靜力彈塑性分析，附圖中給出了結(jié)構(gòu)的能力曲線與需求曲線，能力曲線與需求曲線的交點(diǎn)性能點(diǎn)處結(jié)構(gòu)的最大層間位移角約為1/260左右，滿足規(guī)范要求。

3.裙樓屋面斜板的設(shè)計(jì)

（3.1）屋面斜板地震作用下的應(yīng)力分析

屋面斜板斜度較大，根據(jù)方案階段的計(jì)算結(jié)果，若將屋面板按坡屋頂用平屋頂方式建模模擬，結(jié)構(gòu)的第一周期為1.4s，而將屋面板按真實(shí)斜度建模，結(jié)構(gòu)的第一周期為0.9s，這表明，屋面斜板對(duì)抗側(cè)剛度的貢獻(xiàn)不容忽視，同時(shí)，各個(gè)分區(qū)域剛度相差較大，中間樓層樓面標(biāo)高眾多，區(qū)部樓板缺失，完整的屋面板是將各個(gè)分區(qū)域連接成一個(gè)整體，有效空間協(xié)同工作的重要抗震構(gòu)件。屋面板在地震作用下應(yīng)具備一定延性，這對(duì)確保整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震延性，實(shí)現(xiàn)抗震性能設(shè)計(jì)目標(biāo)有重要意義。為確?？拐鹦阅苣繕?biāo)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)屋面斜板進(jìn)行中震彈性計(jì)算，經(jīng)反復(fù)計(jì)算，調(diào)整板厚，對(duì)局部薄弱部位進(jìn)行加強(qiáng)，最終屋面斜板中震地震作用下各向應(yīng)力計(jì)算結(jié)果的最大值如下表2，詳細(xì)的圖形計(jì)算結(jié)果見(jiàn)附圖。

表 2 各向中震作用下樓板的應(yīng)力（MPa）板壓應(yīng)力X向中震Y向中震板拉應(yīng)力X向中震Y向中震Sx -1.064-0.405 Sx 1.16 0.373 Sy -1.33-0.483 Sy 0.505 0.458

從計(jì)算圖形結(jié)果可以看出中震地震產(chǎn)生的樓板拉應(yīng)力峰值出現(xiàn)在屋面板端角、轉(zhuǎn)折角部、屋面板縮頸部?jī)啥?，方向與屋面板長(zhǎng)向方向大致相同，最大拉應(yīng)力峰值未超砼拉應(yīng)力設(shè)計(jì)值ft。

（3.2）屋面斜板溫度作用下的應(yīng)力分析

屋面板x向長(zhǎng)度約123m左右，y向長(zhǎng)度約80m左右。屋面板呈盤(pán)旋上升之勢(shì)，為一側(cè)放U型板帶，U型板帶總長(zhǎng)約280m，結(jié)構(gòu)未設(shè)溫度縫，且屋面高度相差較大，其下豎向構(gòu)件抗側(cè)剛度差異較大，且U型板帶形狀不規(guī)則，存在縮頸、轉(zhuǎn)折區(qū)域，使得屋面在溫度作用下呈現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，有必要進(jìn)行溫度應(yīng)力分析。

溫度應(yīng)力由砼的自身收縮及季節(jié)溫差兩部分產(chǎn)生，砼收縮應(yīng)力通過(guò)等效當(dāng)量溫度模擬，考慮為-15℃，屋面間隔30～40m設(shè)置后澆帶，后澆帶封閉前考慮砼收縮完成60%，砼水化熱產(chǎn)生的溫度應(yīng)力設(shè)定在后澆帶封閉前已經(jīng)釋放。對(duì)于季節(jié)溫差，南京最冷月份的平均溫度為-2℃，最熱月份的平均溫度28℃，對(duì)于季節(jié)溫差，選擇合適的砼澆注時(shí)間可有效降低結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力，對(duì)于本工程，土建施工為6月份開(kāi)始，為確保屋面砼澆注在低溫季節(jié)進(jìn)行，通過(guò)與甲方及施工單位會(huì)商，明確屋面砼澆注的時(shí)間為來(lái)年三月份，該月的平均溫度為10℃。因此結(jié)構(gòu)考慮兩種溫度工況：升溫：28-10-0.4*15=12℃；降溫：-2- 10-0.4*15）=18℃。計(jì)算應(yīng)力時(shí)，溫度作用的組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)分布取0.6、0.5和0.4，應(yīng)力折減系數(shù)取0.3，砼彈性模量折減系數(shù)取0.9。

屋面斜板溫度作用下各向主應(yīng)力計(jì)算結(jié)果最大值如下表3，詳細(xì)的圖形計(jì)算結(jié)果見(jiàn)附圖。

表 3 溫度作用下樓板的應(yīng)力（MPa）板壓應(yīng)力升溫工況降溫工況板拉應(yīng)力升溫工況降溫工況S1 0.503 3.456 S1 -1.067-0.16 S2 0.143 1.422 S2 -2.592-0.671

從計(jì)算圖形結(jié)果可以看出，溫度產(chǎn)生的樓板拉應(yīng)力峰值出現(xiàn)在屋面板長(zhǎng)向的端部和中部，最大峰值出現(xiàn)在中部，其值大于屋面板砼軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1.43MPa（C30），方向與屋面板長(zhǎng)向方向大致相同，其位置與中震應(yīng)力峰值位置不在同一區(qū)域。

（3.3）屋面板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，經(jīng)院內(nèi)部結(jié)構(gòu)方案論證，決定沿屋面板長(zhǎng)向通長(zhǎng)施加預(yù)應(yīng)力，以抵消砼產(chǎn)生的拉應(yīng)力。因屋面板平面復(fù)雜，各區(qū)域抗側(cè)剛度相差較大，為避免施加預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生過(guò)大的次應(yīng)力，將預(yù)應(yīng)力筋的布置與樓面梁的設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，預(yù)應(yīng)力筋全部集中布置在樓面梁中，預(yù)應(yīng)力筋線型為直線筋，沿截面形心軸布置，僅施加預(yù)壓力，梁板截面施加的預(yù)應(yīng)力平均壓力約為2MPa，基本抵消中震作用下屋面板的拉應(yīng)力，大致保證溫度及預(yù)應(yīng)力作用下屋面板砼的拉應(yīng)力不超砼軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。預(yù)應(yīng)力筋屋面結(jié)構(gòu)布置圖見(jiàn)附圖。同時(shí)，加強(qiáng)材料及施工工藝控制，對(duì)材料、砼配合比、外加劑嚴(yán)格控制，對(duì)砼骨料、水泥品種、級(jí)配、外加劑。水膠比等給出具體量化指標(biāo)，對(duì)砼澆注、養(yǎng)護(hù)給出詳細(xì)的技術(shù)要求。

4.裙樓施工的難點(diǎn)及設(shè)計(jì)的考慮

本工程造型獨(dú)特，屋面為平斜板+連接板組成，平斜板斜度及方向均不同，為空間平斜板，為保證空間平斜板平滑過(guò)渡，連接板呈現(xiàn)曲面板的形態(tài)，該點(diǎn)也是建筑造型的特色之一。下圖為其中一塊曲面板的單向視圖。斜板兩端端部橫截直線傾斜方向組成x型，以兩根端部直線為基準(zhǔn)線按級(jí)數(shù)等分，相對(duì)直線連接兩端部直線等分點(diǎn)即得斜板網(wǎng)格線。左端最高臺(tái)階與最低臺(tái)階高差10m，右端最高臺(tái)階與最低臺(tái)階高差7m，斜板底面連接為一曲面。

圖3 曲面造型板A向視圖

曲面板區(qū)域較大，以上圖為例，該曲面板區(qū)域約40*50m，越過(guò)好幾個(gè)柱跨，區(qū)域需布置框架梁及板格屋面梁，同時(shí)，由于使用方要求，隨屋面高度增加，其下樓層數(shù)也增加，以保證盡可能多的使用面積，樓層過(guò)渡區(qū)域頂層樓層的使用凈高沒(méi)有富余，屋面層梁應(yīng)緊貼曲面板，呈曲線梁造型。由此，曲線梁、曲面板施工如何定位成為一個(gè)難點(diǎn)，目前尚無(wú)專(zhuān)業(yè)結(jié)構(gòu)軟件解決該問(wèn)題，根據(jù)本工程特點(diǎn)，利用現(xiàn)有cad軟件，建立實(shí)體模型，再對(duì)實(shí)體在需要的方向取截面，可得該方向建筑造型的上下輪廓包線，結(jié)構(gòu)骨架層應(yīng)位于該包線之中，對(duì)于曲梁，采用折線去逼近曲線，給出折梁的折點(diǎn)處的位置及標(biāo)高，對(duì)于曲板，設(shè)計(jì)采用網(wǎng)格三角形逼近曲面，每個(gè)三角形區(qū)域?yàn)樾逼桨?，詳?xì)定位圖給出每個(gè)三角形的坐標(biāo)和標(biāo)高。通過(guò)對(duì)實(shí)體模型若干方向取一系列截面，對(duì)曲面區(qū)域所有的梁高、板厚及梁板的轉(zhuǎn)折形狀進(jìn)行定位，確保建筑造型及其下使用空間凈高，設(shè)計(jì)給出每根梁，每塊折板的模板定位圖，以指導(dǎo)施工。下圖為典型折梁、折板模板定位圖。

圖4 典型折梁、曲板模板定位圖

對(duì)于屋面斜板，局部區(qū)域斜板斜度過(guò)大，施工澆筑困難，通過(guò)與施工、監(jiān)理會(huì)商，對(duì)砼配合比提出要求，避免初凝過(guò)早，同時(shí)對(duì)施工過(guò)程操作給出詳細(xì)要求，在滿足施工條件下，盡量減少坍落度，避免在大風(fēng)降溫天氣時(shí)澆注砼，施工中根據(jù)斜板傾斜度不同，采取相應(yīng)的措施，斜度較大板表面設(shè)置模板，斜度中等板表面采用小間距鋼絲網(wǎng)格壓面，斜度較小板采用大間距鋼絲網(wǎng)格壓面。通過(guò)各方努力，順利解決斜板成型問(wèn)題。

三、結(jié)語(yǔ)

本工程為本院首例與國(guó)外建筑師合作項(xiàng)目，因國(guó)外建筑師抗震概念薄弱，建筑方案過(guò)于強(qiáng)調(diào)仿生，結(jié)構(gòu)平、立面復(fù)雜，為特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)，通過(guò)施工圖設(shè)計(jì)階段與建筑師的緊密配合，審圖階段結(jié)構(gòu)專(zhuān)家的指導(dǎo)，以及施工階段甲方及施工單位的大力支持，對(duì)該結(jié)構(gòu)在方案、設(shè)計(jì)、施工三階段認(rèn)真準(zhǔn)備，精心設(shè)計(jì)，以及積極配合施工，較好的完成了該項(xiàng)工程的建設(shè)。

[1] GB50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JGJ3-2010, 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3]韓重慶，孟少平，大面積混凝土梁板結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力問(wèn)題的探討[J].建筑技術(shù)，2000,（3）.

[4] 王鐵夢(mèng).《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制》