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建筑结构丨中国院任庆英大师:基于多个案例的结构抗震设计思考

任庆英 建筑结构 2024-05-19
全国工程勘察设计大师,中国建科首席专家,中国建筑设计研究院有限公司总工程师,中国勘察设计协会结构分会会长任庆英在“第八届工程结构抗震技术交流会”上做了题为《建筑结构抗震设计的思考》的精彩报告!


报告主要以南京青奥中心首都博物馆东馆海南大厦这3个典型项目为例,详细介绍了抗震(体系)设计、抗震(隔震)设计和抗震(减震)设计。



案例一:南京青奥中心


第一个案例是南京青奥中心,项目总建筑面积49万㎡,作为第二届世界青年奥林匹克运动会会议中心及接待酒店使用;会议中心地上六层,建筑高度45m,建筑面积约12万㎡;星级酒店和商业办公建筑地上建筑面积约25万㎡,包括两栋高度分别为255m和314.5m的超高层。
首先详细给出了基本设计参数、塔楼的楼层设置、体型参数的选取等。然后重点介绍了结构选型,最终确定的抗侧力体系为钢管混凝土密柱框架—钢筋混凝土核心筒混合结构体系。最后对全逆作施工和有关节点施工图进行了介绍。



案例二:首都博物馆东馆


第二个案例是首都博物馆东馆,项目位于北京市通州区,六环路与大运河交叉点东南侧,西侧和南侧是东六环西侧路,规划用地范围属“绿心起步区”内“市民文化休闲组团”。项目总建筑面积97000㎡,根据藏品和陈列类别划分,该博物馆属于“特大型综合类博物馆”,博物馆建筑分别由“市民共享大厅”和“主楼”两栋建筑组成,其中,“市民共享大厅”地上一层,地下一层,建筑高度19.5m;主楼地上三层,局部设夹层,地下二层,建筑高度34.9m;两栋建筑通过架空连廊和地下展陈通廊连接。

1)首先详细介绍了工程概况。2)重点介绍了结构体系的确定过程,最终根据建筑功能及建筑形式,分为南北两栋独立的结构单体,中间设置空中连桥,连桥两端采用滑动简支支座使得北侧与南侧单体完全脱开。B楼(市民共享大厅)拟采用钢-木混合排架结构,并沿幕墙布置柱间支撑;A楼(主楼)拟采用钢筋混凝土框架结构,屋面采用大跨度钢结构。3)列举了结构设计中的一些关键问题,如隔震缝、隔震沟的设置,隔震层的布置位置,隔震支座的选用等。4)介绍了施工情况。


案例三:海南大厦


第三个案例是海南大厦项目总建筑面积24.4万m2,包括主楼、副楼及裙房。主楼地上46层,高198.6m,副楼地上17层,高76.8m,地下四层,其中17层、31层、屋面为避难层,屋顶设直升机停机坪;副楼地上17层,高76.8m,地下四层;主楼、副楼与裙房在地上通过防震逢分成2个独立的结构单元。
(1)结合结构平面图详细介绍了主楼与裙房和副楼的连接、避难层的设置等。给出了结构体型参数,包括主楼结构高度、楼层布局、高宽比,副楼结构高度楼层布局等。
(2)基于结构设计的自然条件(包括基本风压、抗震设防有关参数、地震反应谱等),介绍了结构体系的选型,最终主楼选用带加强层的组合结构框架-钢筋混凝土核心筒结构体系;副楼选用钢筋混凝土框架核心筒结构体系
(3)列出了结构超限情况及抗震设防目标,从建模、地震波的选取等方面详细介绍了小震弹性静力分析的过程,列举了分析结果(包括层间位移角、构件损伤情况——加强层)。
(4)楼面系统设计框架梁与次梁采用蜂窝梁;相对实腹梁省钢约10%,且方便设备管线布置,节约层高。框架梁端部加腋(腹板、翼缘),经济合理,简化梁柱节点。次梁考虑与楼板的组合效应,充分利用材料性能;框架梁、次梁与核心筒筒体采用梁窝实现铰接连接,提高钢结构构件的加工制作、安装的做操作性。
(5)伸臂桁架:综合考虑有限元分析结果、施工、后连接以及有限刚度等特点,对伸臂桁架节点进行优化设计。1)增加伸臂桁架处钢柱壁厚,使用Q390GJ钢材;2)弦杆在梁柱端加腋,简化节点施工;3)斜腹杆考虑后连接,以及施工阶段的变形。采用等强熔透焊接连接。
(6)腰桁架:斜腹杆采用承载型防屈曲支撑(屈服承载力13250kN),屈服后承载力高,易于实现有限刚度的原则。斜腹杆连接节点采用焊接方式,保证斜杆后连接的施工要求。
(7)防屈曲支撑:四角设置防屈曲支撑增加外框架二道防线作用。设计原则:小震下保持弹性,中震时进入屈服,发挥其耗能作用,以及其耗能能力。同时保证其大震时有足够的延伸能力,不发生破坏。节点设计:根据建筑美观要求,防屈曲支撑的可更换性,节点采销轴连接。


得出了以下几点思考:1、隔震设计、减震设计以及隔减震组合设计等均只是抗震设计的不同形式。2、每一种抗震设计形式均有其各自的适用范围和应用禁忌。3、抗震设计形式的选取应通过安全性、功能性、合理性及经济性等多方面综合比较确定。


责任编辑:成乐

*本文已获作者授权原创发布,所有内容及图片均为作者提供。

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