简上体育综合体结构案例介绍 提问 发帖 回复
项目综述 简上体育综合项目位于深圳 市龙华区民治街道简上路与新大交汇处, 总建筑面50150m2,建筑高度54 m,地上5层,地下2层。地下一层和一层为多功能馆和游泳馆,二层为体育舞蹈培训用房, 三层是跆拳道馆、击剑馆、体育舞蹈馆、乒乓球馆 ,四层为羽毛球馆,五层是网球馆。图 1为项目效果图。 图1 项目效果图 建筑结构安全等级二级,结构设计使用年限50年,抗震设防烈度7度(0. 10g),设计地震分组第一组,建筑抗震设防分类为标准设防类,场地类别II类,基本风压0.75KPa(50年一遇),地面粗糙度C类。
项目综述
简上体育综合项目位于深圳 市龙华区民治街道简上路与新大交汇处, 总建筑面50150m2,建筑高度54 m,地上5层,地下2层。地下一层和一层为多功能馆和游泳馆,二层为体育舞蹈培训用房, 三层是跆拳道馆、击剑馆、体育舞蹈馆、乒乓球馆 ,四层为羽毛球馆,五层是网球馆。图 1为项目效果图。
微信图片_20180927135817.jpg 图1 项目效果图
建筑结构安全等级二级,结构设计使用年限50年,抗震设防烈度7度(0. 10g),设计地震分组第一组,建筑抗震设防分类为标准设防类,场地类别II类,基本风压0.75KPa(50年一遇),地面粗糙度C类。
基础采用中基础采用Φ500预应力管桩,璧厚125mm,桩长10~ 20m,桩端持力层为强风化花岗岩,单桩抗压承载力特征值2300KN,地下室部分区城自重不足以抵抗水浮力,采用管桩抗拔,抗拔承载力特征值450KN,桩长13m.
结构体系
结构体系采用多筒体支承的大跨空间桁架结构"。核心筒间最大净跨46.8m,五层及屋面层西侧、北侧最大悬挑长度19.6m。
二层及以下为钢筋混凝土结构,柱网11.7mX7.8m,三层及以上竖向构件为6个核心筒剪力墙,核心筒的尺寸为7.8mx7.8m及7.8mx15.6m,核心筒外墙厚600m,内墙厚250m,混凝土强度等级C50。
楼盖采用双向正交桁架,3~5层桁架高度2.9m、3.3m,屋面桁架高2m,4层、5层核心筒间存在部分夹层,夹层部分桁架高9.42m。大悬挑处采用跨越2层的桁架,桁架高13.4m。
桁架杆件采用箱形截面口350X500X35、口350x350x14、口250x250x12,钢材牌Q420GJ、Q345B。
楼板采用钢筋桁架楼承板,板厚110mm。筒体4个角部及与支承桁架的墙体内设型钢,桁架杆件与核心筒内型钢刚性连接。图3为三层结构平面层,图4为核心筒间主桁架剖面图
微信图片_20180927135833.png 图3 三层结构平面图 微信图片_20180927135837.png 5轴结构布置 微信图片_20180927135842.png 6轴结构布置 微信图片_20180927135845.png 11轴结构布置 微信图片_20180927135848.png 12轴结构布置
微信图片_20180927135851.png 14轴结构布置 微信图片_20180927135853.png 15轴结构布置
微信图片_20180927135916.png F轴结构布置 微信图片_20180927135920.png G轴结构布置 微信图片_20180927135922.png L轴结构布置 微信图片_20180927135925.png M轴结构布置 微信图片_20180927135928.png 图4 结构剖面图
本工程首层、二层有较大开洞:5层核心筒整体收进,核心筒由6个收为4个;地下一层篮球馆、游泳馆层高较高,框架柱二层通高;五层及屋面主体结构存在大于15米的悬挑。
根据建设部111号令,项目存在扭转不规则、楼板不连续、尺寸突变以及局部穿层柱4项一般超限项和1项大跨空间结构超限项,属于A级高度的超限高层建筑。
关键技术研究
筒体协同效应分析 筒体协同效应主要体现在二方面,一是在水平荷载作用下,不仅筒体单独抵抗外倾覆力矩,而且筒体与筒体间桁架形成的类似巨型框架协同工作,整体抵抗外倾覆力矩。二是通过筒体间的楼盖协调各筒体间的水平变形。
采用2个模型对比分析筒体协同效应。模型1为设计结构模型,与核心筒相连接的主桁架上下弦杆与筒体剪力墙刚结,桁架腹杆与弦杆铰接。
模型2在模型1的基础上,将与核心筒相连接的主桁架根部下弦杆去除,形成上弦支承桁架。在两模型相同楼层位置施加相同的等效地震水平力,不考虑楼板的平面内刚度,对比两个模型各筒体底部的内力以及筒体的节点位移,计算结果见图5。
 微信图片_20180927135928.png        X向节点位移                  Y向节点位移 图5水平力作用下结构侧向楼层位移图
由图5可知,在相同的Ⅹ向水平力作用下,模型1最大顶点位移为20.7mm,模型2最大顶点位移为26.0mm,模型2比模型1增大25.6%;在Y向水平力作用下模型1最大顶点位移为15.0mm,模型2最大顶点位移为26.8mm,模型二比模型一的变形增大78.7%。两个模型下各筒体的基底内力结果见表2,筒体编号详图3。 微信图片_20180927135931.jpg 表2 筒体内力计算结果
由表2计算结果可知:模型1、模型2中筒体在Ⅹ、Y向的水平剪力变化较小,模型2中筒体的轴力较模型1大幅减小,除筒二在Ⅹ向、筒三在Y向轴力减少较小外,整体筒体轴力约减小85%,,模型2底部弯矩比模型1底部弯矩大,X向最大约增长28%,Y向最大约增长42%。在水平力作用下,模型1中一主轴上筒体间主桁架的轴力见图6。 微信图片_20180927135934.jpg 图 6 模型 1中筒体间主桁架杆件轴力图
从图6可知,核心筒间主桁架上弦杆件轴力在左右两侧正好相反,一端为拉力,一端为压力,下弦杆正好与上弦杆相反,上弦杆为拉力时,下弦杆轴力为压力,符合框架结构中框架梁在水平力作用下的受力特点。因此,本结构中核心筒间主桁架对协调核心筒内力起到较大的作用。
由上述计算结果可知,六个核心简在核心筒间主桁架的作用下能够很好的协同工作,形成整体结构的抗侧体系。设计时为确保结构延性,实现强筒体弱桁架,参考《高层建筑混凝土结构技术规程》第6.2.1,6.2.3条关于柱内力的调整的原则,对核心筒弯矩及剪力分别乘以弯矩放大系数1.2,剪力放大系数1.3。
楼板应力分析 楼板平面内刚度较大,可作为钢桁架上弦杆的侧向支撑。与核心筒相连的桁架上弦支座处在重力作用下存在较大拉压力,与上弦相连的楼板面内轴力设计时不能忽略。采用SAP200软件进行楼板受力分析楼板以壳单元模拟。
微信图片_20180927135937.jpg       4层楼板S11应力分布图  4层楼板S22应力分布图 图7 重力荷载作用下楼板应力图 图7为重力荷载作用(12*恒载+14*活载)下楼板应力图。
由图可知:重力荷载作用下,在核心筒周圈拉应力值约为4.0~6.0N/mm2,超过混凝土的抗拉强度设计值,除核心筒周圈外,楼板大部分处于受压状态,跨中最大压应力约为8~10N/mm2:针对核心筒周圈楼板拉应力位置,采取以下加强措施,确保楼板承载力满足要求:
(1)加强核心筒周边楼板配筋,板的配筋率约为1.4%; (2)在核心简周圈设置后浇带后浇带混凝士在结构主体施工完成后浇,减小自重作用下楼板应力。 在水平地震工况下,楼板的拉应力均小于1.0Mpa,低于混凝土的抗拉强度设计值。
舒适度分析 本项目为室内大跨度的体育功能场馆,3~5层存在大跨空间及超长悬挑,应对人行激励下的结构振动进行分析。ATC( Applied Technology Counci)给出了不同环境、不同振动频率下竖向峰值加速度限值,木项目加速度峰值的限值按商场及室内连廊和户外人行天桥及有节奏运动场所取中间插值0.48/ms。
采用加速度响应时程频谱结合分析方法,进行人行舒适度的分析,发现结构刚度薄弱环节,设计时子以加强调整,改善舒适度水准。分析时考虑多人同步行走、多人随机跳跃、多人同步跳跃等多工况,合理评估结构舒适性。
抗连续倒塌 抗连续倒塌设计采用高层规范推荐的分析方法,逐一对四~六层间的悬挑伸臂、立面腰桁架及大跨桁部拉压腹杆进行拆除,采用SAP2000软件对剩余结构进行弹性静力分析,评估剩余结构构件的承载力。弹性分析结果和性能目标,被拆除构件选取为五六层伸臂根部交叉腹杆、四层悬挑桁架根部拉杆内部大跨根部下弦压杆。
图12、13分别为五六层伸臂根部交叉腹杆的压杆拆除后剩余构件应力图、剪力墙应力图。剩余构件应力比0.964,可以满足规范要求。剪力墙上部受拉区平均拉应力在10Mpa左右,通过设型钢梁贯通墙,与桁架上弦拉通,保证墙顶受拉承载力有效传递。同时剪力墙设配1.7%水平纵向筋的混凝土暗梁受拉区剪力墙不开裂。剪力墙下部受压区最大压应力不超过13Mpa,基本处于受压弹性状态。
微信图片_20180927135940.png 图12 剩余构件应力比图(伸臂根部压杆拆除) 微信图片_20180927135942.png
图13核心筒墙体水平向应力图(伸臂根部压杆拆除)

节点设计 桁架与剪力墙筒体相连节点为刚接,其承载力和安全度决定整个结构的承载力和安全度,是整个工程的关键。桁架弦杆的轴力通过筒体内型钢柱,传至剪力墙内型钢梁及钢筋混凝土暗梁。剪力墙内型钢柱在节点处由十字型改为箱形截面,并在上下翼缘处设内加劲肋板。
采用通用有限元程序 ABAQUS对节点进行非线性有限元分析,混凝土采用C3D8R线性减缩积分实体单元模拟,钢结构采用S4R减缩积分壳单元模拟,钢筋笼T3D2桁架单元模拟。根据“强节点弱构件”抗震设防原则,控制节点设计应力≤汇交杆件应力/1.2。 微信图片_20180927135945.jpg
节点网格划分       型钢 Mises应力 云图 微信图片_20180927135948.png 型钢主拉应力云图       型钢主压应力云图    微信图片_20180927135951.jpg 混凝土主压应力云图       混凝土主拉应力云图  
图14 五层典型节点图
图14为五层屋顶悬挑钢梁与剪力墙核心筒体顶端相连的节点图,作用工况为1.35恒载+0.98活载由所示计算结果可知,节点区受力复杂,节点上弦杆与型钢柱交接处应力最大,接近Q420钢材的屈服强度。
混凝土最大拉应力2.60Mpa,小于混凝土抗拉强度标准值,混凝土最大压应力6.3Mpa,超过抗压强度标准值,在后续设计深化过程中可采取如下措施: (1)节点处弦杆件截面加宽,增大与型钢接触面,减小主要受力构件的应力。 (2)通过在上弦杆内,腹杆与上弦杆相接位置设置加劲肋,有效缓解应力集中。
结论
本项目采用多筒体支承的双向桁架结构体系,结构传力途径简洁、明确。在结构设计以及与建筑的协调过程中,以下主要原则始终贯穿整个设计过程,使得到的设计为最优设计。
(1)建立两道抗震防线体系,6个核心筒及筒体间桁架组成的巨型结构,通过“强筒体弱桁架,强剪弱弯”等措施,确保结构体系有两道抗震防线,使结构安全性及冗余度有较大提髙。
(2)大悬挑部位采用带斜腹杆的双层桁架结构,提高结构安全性及冗余度。
(3)确保核心筒完整性,内设置横隔墙,核心筒角部与桁架相连处设置型钢柱、型钢梁,确保传力直接,增加结构延性。
(4)结构抗连续倒塌分析表明,通过加强部分杆件,即使关键部位的局部杆件失效,亦不会导致结构整体倒塌,整体结构具有较高的冗余度。
(5)控制结构竖向振动加速度,满足结构舒适度的要求。
微信截图_20180927140005.png 欢迎关注“CCDI高成结构”公众号, 我们将不定期分享超高层城市综合体、 大跨度空间结构等建筑工程结构设计实例, 介绍建筑结构设计理论、技术和工艺。 高成结构为您提供建筑结构设计、咨询、优化等精准服务, 欢迎垂询。 结构交流群▼ 微信图片_20180724100728.jpg 15151308090242874575.jpg
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  1. yds2003
    yds2003 2018年10月10日 09:55:39 23楼
    感谢楼主分享

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  2. yds2003
    yds2003 2018年10月10日 10:00:42 24楼
    感谢楼主分享
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  3. 隐为者
    隐为者 2018年10月10日 11:01:16 25楼
    谢谢楼主得资料
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  4. 隐为者
    隐为者 2018年10月11日 08:28:42 26楼
    分析的透彻,有借鉴意义
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  5. 隐为者
    隐为者 2018年10月15日 10:38:09 27楼
    谢谢楼主得资料
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