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西安曲江國際會議中心結構設計

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西安曲江國際會議中心屬特別不規則建筑,是集混凝土、鋼結構、型鋼混凝土、鋼管桁架等為一體的大型綜合體建筑。采用了40m跨的型鋼混凝土桁架作為豎向轉換構件;運用多種不同形式的空間鋼管桁架構成高低起伏的波浪形屋面;主桁架采用了部分滑動支座。
 
 
 1   工程概況
西安曲江國際會議中心位于西安曲江國際會展產業園區。工程基底尺寸232m×90m,總建筑面積76868m2。項目與國際展覽中心完美結合,是集宴會、會議、多功能廳為一體的大型綜合性建筑。圖1是會議中心設計效果圖。工程地下1層,地上7層(5~7層為報告廳樓座部分)。地下1~地上5層層高均為5.4m6層層高5.60m7層層高13.135m,建筑頂標高46.135m

2   主體結構選型
工程建筑方案來自德國GMP國際建筑設計有限公司。2是會議中心沿縱向的局部剖面圖。主體主要分為門廳區、宴會廳區和報告廳區三大部分。工程主體結構采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結構,如圖3所示。本工程主報告廳位于3~6層,主體結構采用全鋼結構體系。4為會議中心報告廳樓座現場組裝圖。

3   局部轉換構件設計
3.1  局部轉換構件概況
西安曲江國際會議中心1層為同時容納3500人的宴會及展覽大廳,建筑功能要求按40m凈跨無柱設計從而形成92.4m×40m開闊大空間。1819軸水平承重構件除承擔由15~18軸、19~22軸跨度25.2m的鋼梁傳導的荷載外,還承擔4~6層鋼結構看臺傳導的荷載以及7層的水箱間和冷卻塔的荷載,為典型的局部轉換構件。圖5為轉換構件立面布置示意圖。圖61819軸轉換構件平面布置圖。

設計過程中對4種不同腹桿布置方式的桁架模型進行比較分析:模型1(空腹桁架模型)、模型2(人字形腹桿模型)、模型3(人字形+豎桿模型)、模型4X+豎桿模型)。經計算分析得出:X+豎桿模型(模型4)無論在自身桿件內力控制還是轉換結構撓度裂縫控制方面,以及底部支撐結構和整體結構受力各方面均具有其他模型不可比擬的優勢,這種腹桿布置方式的桁架非常適宜類似本工程這樣的超大跨度轉換結構。
 
3.2 型鋼混凝土轉換桁架的設計
經計算分析本工程轉換桁架采用型鋼混凝土結構。桁架上、下弦桿各節間均為互相剛接,斜腹桿與上下弦桿也為剛接。下弦桿按偏心受拉構件設計;上弦桿按偏心受壓構件設計;斜腹桿按軸心受壓構件或軸心受拉構件設計。718軸型鋼混凝土轉換桁架設計詳圖。

 
本工程轉換桁架下部支撐結構在設計時采取了以下措施:1)作為轉換桁架下部支撐結構的剪力墻端部和中部分別設置截面尺寸為900×900型鋼混凝土柱;2)轉換桁架的上、下弦桿件進入支撐體系并一直延伸至混凝土剪力墻筒體的遠端;3)混凝土剪力墻筒體除按計算要求(并滿足規范最小配筋率)配置水平向及豎向分布鋼筋外,從基礎頂至轉換桁架下弦設置X支撐,X支撐與進入支撐體系的轉換桁架的上、下弦桿件、剪力墻端部和中部分別設置的型鋼混凝土柱的鋼骨部分焊接在一起,在混凝土剪力墻筒體中形成鋼骨桁架。作為轉換桁架下部支撐結構的混凝土剪力墻筒體成為內藏鋼桁架的混凝土剪力墻結構。
 
4   屋蓋結構體系
工程的屋蓋建筑外形呈長方形,長193.2m,寬90m,立面標高為25.3~46.135m。結構由南北向的正三角空間鋼管桁架構成結構主體桁架,每榀桁架采用16個特質支座支承在南北兩端鋼筋混凝土墻和柱上,主體桁架最大長度為90m,最大管徑為610×25;主桁架之間采用最大跨度為33.6m的倒三角變截面空間鋼管次桁架連接,構成屋面的弧線造型,屋蓋東西側各有5榀側懸挑跨度達7.95m的管桁架,南北側各有6榀側懸挑4.5m的管桁架;立面標高變化較大處的曲面屋頂部分由箱形片式桁架及局部鋼管網架組成。通過和局部片式桁架及網架的連接,將結構的受力體系化繁為簡,從而形成錯落有致的多層次曲面屋頂。圖8、圖9分別為鋼屋面結構平面布置和縱向剖面圖。
 
整個屋蓋體系通過沿結構寬度方向的4榀正三角形鋼管桁架支承在下部鋼筋混凝土核心筒上,每個桁架和核心筒通過16個支座連接。考慮到主桁架跨度較大,為了避免溫度應力對下部結構的影響,將主桁架沿長度方向一側的8個支座節點釋放兩個水平方向的約束;另一側支座節點除一個完全固定外,其余7個節點釋放沿桁架長度方向的約束,使其能夠產生滑動以釋放溫度應力,如圖10所示。
 
采用ETABS建立整個屋蓋體系的計算模型,在支座的相應位置設置約束,通過計算求出每個支座上的反力,將其作為支座設計的指標和下部混凝土結構傳遞荷載的依據。圖1112分別為單向滑動支座示意圖及現場照片。
 
 
更多內容詳見《建筑結構》雜志20146期(3月下)兩篇文章:《西安曲江國際會議中心結構設計》,作者:王  進,荊  罡,李春光,曾凡生,張順強,單位:中國建筑西北設計研究院;《西安曲江國際會議中心型鋼混凝土轉換桁架設計》,作者:李春光,王  進,曾凡生,張順強,荊  罡,單位:中國建筑西北設計研究院。

作者: 來源: 發布時間:2014年02月14日
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