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防屈曲耗能支撑在世博中心工程中的应用研究
RSS 打印 复制链接 发布时间:2012-05-17 23:40:35

上海现代设计集团华东建筑设计研究院:周建龙副总工程师
 
周建龙:各位领导、各位专家、各位同行,上午好!时间比较长了,我尽可能在规定内完成报告。

“世博中心”刚才前面几位专家介绍了,它是5大永久场馆的重要组成部分之一。我汇报的内容大概有工程的情况,还有结构选型,重点放在防屈曲耗能支撑方面。世博中心靠近黄浦江,世博轴的西侧,它的面积大概是14万平方米,地上是10万,地下是4万左右,高度30多米,有一个限高的要求,中国馆,包括世博演艺中心是40米,这个是39米。

刚才看到的效果图看起来是方方正正的,外形是比较方正的,但是里面的功能还是非常地多,我觉得是非常复杂的。这里看一下,蓝颜色的底层有一个比较大的多功能展厅,顶上又是一个宴会厅,大概1000人的宴会厅,这里面是一个大空间,大空间叠在一起,东侧靠近中庭,红颜色这个是2500人的会议厅,世博中心这个项目本身今后可能上海市开两会的时候就搬到那里去,现在基本上是老的展览中心做。还有600人的会议厅,会议厅的话可能是今后市委的一些成员会在那里开一些政府会议。

这里外表看起来还是比较规则的,但是实际上里面都是一些大块的会议厅。东侧这一块是一个悬挑的,所以柱子都是不能落地的,这一块是从上面吊下来悬挂的。这是它的建筑图,我们大概地可以看一下,底层是一个大的展厅,这个跨度不算大,大概54米左右。这一块是今后开两会的地方。旁边灰色区域的话,开会的话主要是因为有很多的会场,要满足他们一些分层讨论的要求。

这是四层平面,2层、3层这个地方是围合的,尽管这个地方很小,但是是围合的。2层、3层这里是连起来的,又跟东侧2500人会议厅是联系起来的,很窄的一条楼板联系,这一块是连起来的。整个建筑非常长,地下室的范围是4百米左右的长度,宽度也有1百多一点,一分开以后整体性比较差,一上来也考虑过连在一起,这是一个悬高结构,所以后来还是考虑分开来。

展厅的上面是一个5000人的宴会厅。这是7层的。中庭从上到下都是没有楼板的。这些都是一些会议厅,相对来说西侧这一块稍微低一点,这是一个剖面图。这是一个展区,这是一个纵剖面,这是一个大的空间,这是一个整个大空间,上面又是一个大空间,大空间是叠在一起的。这就是东侧的一个剖面,这是西侧的剖面。

基础。基础的话,因为上海地区是比较常规的,采用了后注浆,北侧我们看到它堆土大概是5、6米高,我们一开始也担心因为大面积的堆土对桩的承载力可能有影响。后来发现影响不是太大。

下面是结构体系,这是大跨,后来我们还是考虑采用框架结构+大跨钢架,局部悬挂的作用,这个支撑是防屈曲支撑,这个目的我待会儿要说一下,因为开两会的话讲起来都是上海市的一些重要人物,所以我们要把一些抗震的性能提高。

这是防屈曲支撑跟我们的混凝土芯筒结构相比这是比较常规的,我认为这个问题大家要重视一下,现在设计是不错的,但是节点的话实际上施工我们去看的时候吓一大跳,节点的可靠性我觉得要引起足够的重视,我们设想很好,但是实际上到底做成什么样的话都值得怀疑,最后的抗震性能怎么样我觉得要引起重视。钢结构可能比较可靠一点。

有红颜色的地方都是楼梯间,现在的楼板非常多,我们的想法是怎么样的呢,你靠楼板整体受力还是有一些困难的,我们想分片各自承受相关的力量,包括中庭这个地方,我们这一块还是要靠它自己来承受。

这里布置了一些桁架,有一些是有支撑的,有一些地方夹层正好有一些楼板,那就不用支撑了。这是5层,这个地方是开口,开口带来的问题是扭转非常地严重,这是7层平面,这个地方封闭的话是用桁架来进行封闭的,这里还有一个是旋转,这里有一个观景平台,正好面对着浦江的美景。

这一块上面是悬吊下来的。这是屋顶,屋顶的采光。这是剖面,我们底下布置的位置有一个最基本的原则,它最好是不要受力,不要受力,像这些位置的话,因为都是大跨度的,虽然承受力比较大,但是我们基本还是考虑可以不承受竖向荷载力,因为损坏以后需要更换。

这是大会议厅的,2500人大会议厅的体系。这是政务厅的,可以先看一下。这是纵向的,纵向的是楼梯间。性能目标的话我们自己提了一个性能目标,检查的时候他们也基本上认同这个性能目标。普通的框架支撑我们引用了混合支撑一样的。

结构特点我前面说了,因为平面图复杂,楼面大面积开洞,楼面质量分布不均匀,扭转不规则,结构整体性差。下面是布局方面采取的措施,3层、4层之间布置楼面桁架。还有承载力,分块承受,进行楼板应力分析并对开洞部位承载力加强。

这个是图式,东区楼面桁架的加强,这个是中庭区,这个是单层结构的一些复合。整体计算的时候对层的依赖性是比较小的。第二个是对我们现在要控制的指标,还是要关注的,要拿出来,而不是整个位移拿出来,也不是说哪一点是哪一点。这是单榀的分析,这是楼板应力分析。楼板的联系起着非常重要的作用,要对这些楼板进行加强,怎么样加强呢,下面设置了部分钢板,楼板应力非常大的时候还是非常可靠的。

这是东区悬挂的,包括这里还有竖向的原则,我们按照规章的要求来做。这些重要构件性能目标要求更加高一些,我们都会按照设计的要求进行计算。我们这个地方因为悬挂的,所以这个地方的跨度也是非常大的,存在一个振动的问题。这些是我们按照美国SCI要求来做的,根据它的要求来做的。

这是一个介绍过程,实际上大宴会厅有5000人,这也是人员密集的地方,我们按照SCI的要求去做以后是能够满足的。实际上建成以后人上去以后是没有感觉的,比我们想象的要好,一定要从经济上,或者是从其他的方面来考虑到。而且这些对楼面振动的改善不仅是物理,还有生理上的,心理上的,还有一些工程要求都在做了。相对来说效能还是比较高的。

这里还有柱脚节点,柱脚节点局部可能会出现一些拉力,当然不是很大,不过按照构造部分来说我们会按照抗压能力来设计,我们会按照一些抗拉力的东西来做。

下面我重点讲一下消能减震,这个耗能的东西实际上增加了阻力以后,这是一个复杂的东西。最早的原意应该是防止压杆的屈曲。这是它的特点,跟普通框架比较,我用普通的支撑,在同样性能的目标情况下我们有一个比较的前提,这个前提必须是一致的。假如说目标都是小震的话,那体现不出来什么,一定要是在到了中震和大震以后才可以体现出来。而且你假设用普通支撑的话那普通支撑的截面、断面会增大。像框架支撑结构的话我们现在主要要寻求一个刚度和变形的协调、平衡性。

这个是国内、外使用的情况,包括北京也用了一些,日本用得相对来说比较多一点,日本、台湾用得比较多一点。同济大学也致力于国产化,也做了一些。实际上我们在世博中心也用了一点。从制造方面来看冠达尔、沪宁钢机也受到一些国外公司的委托制造。

这是一些经济可行性的比较。国产的东西比较少,进口卖得又非常贵,可能按照国产价格来说是1万块钱一根,如果是进口的话可能卖到4万、5万,是这样的情况。

下面我讲一下防屈曲耗能支撑的特点,还有我们设计当中应该注意哪些问题,节点设计啊,还有一些设计标准啊,因为这些东西国内都没有相关的标准来进行支撑。这是比较笼统的要求。

它的特点最主要的东西可能是一个芯材,芯材的要求实际上是最严格的,还有各种相关性。这个跟加载的速度有关系,还有一个是位移振幅相关性,用的钢材强度一般性都不会太高的,有160,有225啊。再往上高就比较少了。

环境条件相关性相对来说不敏感,基本上0到40度没有什么问题。低于0度也基本上也没有什么问题。时间相关性基本上是没有的。我这是跟其他的一些相比,来比较它的特点。它的极限状态分为两个:一个是单方向位移下的变形能力,还有循环位移下的变形能力。循环位移下的变形能力,像地震你可以承受多少来回,消耗的能量,假如是小位移下主要是用于抵抗疲劳的问题,一般性是疲劳的问题。

芯材选择的话都比我们普通的钢材要小得多,相对来说是比较纯粹的。第二个,它的强度是比较稳定的,所以我们不管做的是160,还是225的东西,都是要求它的振幅20、振幅25,这是一般钢材达不到的,但是这个的非常要求。

这是参数的确定,它分段的,边上部位是分段计算的,轴向刚度。第二个是单向的变形能力,比如说500分之1,你这个构造、这个芯材是不是可以满足这么大变形的要求,这是有一个计算办法的。

第二个是我刚才说的累计塑性变形值。这是布置原则,第一个是地震作用下的内力较大的支撑,第二个是地震作用下的层间位移较大的楼层,提高使用效率。

第二个是按照这个原则布置的位置,这个是中向的,承载力确定的话,刚度不能太大,但是也不能太少,太少的话非常容易出现疲劳。前面的原则是要进行很多次的试算。塑性的顺序是不是在控制的范围内,跟我们的设想是否一致。这是我们的要求。

这是监测跟一些位移的计算结构。这是按照常规支撑来做减少了多少。

这个节点的连接方式有一个间隙,节点存在的是,你设计周边梁柱和节点的时候一定要考虑到芯材的应变强化,应变强化的幅度还是非常大的,这里算的是1.4,但是可能1.5、1.6也有,还有拉压,拉压还是有一点不一致的,拉的时候可能小一点。这是本身构件设计的要求。这是梁柱设计,最好是梁柱能够高一点。

这是我们最后验收的一些标准、要求,包括它的允许范围,这个地方的间隙留得少的话,它压缩的时候不够。这是对产品性能的要求,这是最后做出来的,实际的产品做出来非常地饱满。我们用了两个住友金属,这是它内部的构造,大家可以看一下,这次非常容幸他们都敞开来给我们看了一下。这是装好以后的情况。

这是现场的照片,这是5000人的宴会厅。我们为了简化,都用H型钢,一方面是用钢梁,还有一方面连接非常复杂。这是安装,我们现在是用螺丝安装的,这是中庭钢的安装。这是2600人会议室的安装。这是前几天拍的。

基本上结束了。好的。谢谢大家!

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