CN116356947A - 一种空腹网格超长观景平台与悬挑大跨度罩棚一体化结构 - Google Patents
一种空腹网格超长观景平台与悬挑大跨度罩棚一体化结构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种空腹网格超长观景平台与悬挑大跨度罩棚一体化结构,其特征在于,包括屋顶悬挑桁架、观景平台、立面支承网格和桁架支承柱,所述立面支承网格固定于楼面,且所述立面支承网格顶端支承于所述屋顶悬挑桁架底;所述屋顶悬挑桁架包括悬挑段和平衡段,所述观景平台搭设于所述平衡段,且所述悬挑段与所述平衡段在桁架支承柱处相接并向体育场中心延伸。本发明,通过对体育场传统屋面结构进行优化,将屋面结构设计成悬挑平面桁架结构,从而能够在屋顶悬挑桁架结构内合理构建平衡段,并且可在平衡段内设置楼层板实现观景平台的建造施工,进而能够有效展现体育公园内的景观资源。
Description
技术领域
本发明涉及体育场观景平台建设技术领域,具体涉及一种空腹网格超长观景平台与悬挑大跨度罩棚一体化结构。
背景技术
大跨度建筑一般指按使用功能要求,需要大空间的建筑,如:体育建筑、文化建筑、展览建筑、交通建筑等。体育场的屋面由于悬挑大且超长,屋面结构在整个建筑设计中就占了重要地位,对建筑造型起了决定性作用,屋面***可以说是体育场最具表现力的部分,很多体育场的屋面结构都凭借独特的造型,巧妙的构思给人们留下深刻的印象。屋面结构可以左右建筑的体量,影响与环境的协调,也影响建筑的内景和外貌。目前,部分体育场选择建设在体育公园内部,具有良好的景观资源,在大跨度轻型屋盖内设置超长重型楼盖,并预留观光、展览、健身、休闲、娱乐、餐饮等多种建筑功能荷载需求,十分富有创造性,既可以观赏城市美景,又可以为赛后运营提供多种可能性,但在体育场屋面结构建造观景平台的设计及施工难度高,且目前尚未有体育场屋面结构内设置高空、超长、大跨观景平台。
发明内容
本发明目的在于提供一种空腹网格超长观景平台与悬挑大跨度罩棚一体化结构,通过一体化悬挑结构中的屋顶悬挑桁架在屋盖内搭建起平衡段,从而实现在体育场屋盖内搭建观景平台的目的,有效的解决了在体育场屋轻型大跨度屋盖内搭建重型观景平台难度大的问题。
本发明通过下述技术方案实现:
一种空腹网格超长观景平台与悬挑大跨度罩棚一体化结构,其特征在于,包括屋顶悬挑桁架、观景平台、立面支承网格和桁架支承柱,所述立面支承网格固定于楼面,且所述立面支承网格顶端支承于所述屋顶悬挑桁架底;
所述屋顶悬挑桁架包括悬挑段和平衡段,所述观景平台搭设于所述平衡段,且所述悬挑段与所述平衡段在桁架支承柱处相接并向体育场中心延伸。为了解决上述技术问题,并实现相应技术效果,本发明,通过对体育场传统屋面结构进行优化,将屋面结构设计成悬挑平面桁架结构,从而能够在屋顶悬挑桁架结构内合理构建平衡段,并且可在平衡段内设置楼层板实现观景平台的建造施工,进而能够有效展现体育公园内的景观资源。
进一步的技术方案:
所述屋顶悬挑桁架包括若干径向平面桁架、多道环向桁架和水平支撑,若干所述径向平面桁架沿圆周按环向布置并通过环向桁架进行连接加固;
所述径向平面桁架包括上弦杆和下弦杆,所述下弦杆包括弯曲段和直线段,所述弯曲段的一端与所述上弦杆的顶端通过竖腹杆连接,弯曲段的另一端与所述直线段的一端连接,所述直线段的另一端与所述上弦杆的底端连接;
所述弯曲段与上弦杆构成悬挑段,所述直线段与上弦杆构成平衡段;
进一步的:所述径向平面桁架包括主桁架和次桁架,所述环向桁架包括一道外环三角形空间转换桁架、两道中环平面桁架和一道内环三角形空间桁架;
进一步的:所述主桁架以桁架支承柱和立面支承网格为支座,次桁架以设置在桁架支承柱顶部的外环三角形空间转换桁架和立面支承网格为支座;
进一步的:所述水平支撑为若干水平交叉拉索,所述水平交叉拉索的一端连接主桁架的上弦杆,另一端连接次桁架的上弦杆。
进一步的:所述观景平台包括高区观景平台和低区观景平台,所述高区观景平台以屋顶悬挑桁架的下弦杆为支承,内部设置若干竖向交通筒;
进一步的:所述低区观景平台一端支承在立面支承网格上,另一端支撑在混凝土看台结构上,且低区观景平台区域内设置有若干楼梯。
进一步的:所述立面支承网格的中部位置设置有环向杆件,环向杆件上方的交叉网络为双曲等截面圆管,环向杆件下方的交叉网络为直线变截面圆管。
进一步的:在所述高区观景平台底面设置多道环向钢次梁,所述环向钢次梁固定于下弦杆且为高区观景平台的搭设或浇筑提供支承;
所述低区观景平台底面设置有多道径向钢梁,所述径向钢梁的一端支承于所述立面支承网格交叉处或支承于所述环向杆件,另一端支承在混凝土看台结构上,为低区观景平台的搭设或浇筑提供支承;
进一步的:在所述平衡段的上弦杆和下弦杆的弦节点之间设置人字形的斜腹杆。
进一步的:所述屋顶悬挑桁架还设置有桁架支承柱,所述桁架支承柱支承于所述主桁架弯曲段和直线段的连接处,所述桁架支承柱顶部沿环向设置三角形空间桁架作为所述次桁架的支承,所述桁架支承柱通过成品铸钢铰支座与主桁架和外环三角形空间转换桁架连接;
进一步的:所述立面支承网格支承于所述直线段的外侧端。
进一步的:所述观景平台处设置有竖向交通筒,所述竖向交通筒自观景平台平面向下延伸至地面,且竖向交通筒与所述次桁架的下弦杆连接;
进一步的:所述竖向交通筒内部设置有若干楼梯和电梯,其竖向支承构件为三片径向布置的钢筋混凝土剪力墙,且钢筋混凝土剪力墙两端设置有端柱,端柱内设置有若干钢骨;
进一步的:所述竖向交通筒与下弦杆连接处的下弦杆为钢矩管,且内部浇灌C50自密实混凝土,外部包裹有钢筋混凝土梁,所述钢筋混凝土梁与所述钢筋混凝土剪力墙连接。
进一步的:所述平衡段顶还设置有综合支吊架,所述综合支吊架顶端固定于上弦杆,并向观景平台平面延伸。
进一步的:所述综合支吊架包括吊杆,所述吊杆设置为左右两道,且分别设置于所述上弦杆的两侧;
进一步的:所述吊杆顶部设置有弦杆抱箍,所述吊杆通过弦杆抱箍固定于上弦杆;
进一步的:所述吊杆底端与环向横梁或径向横梁连接。
进一步的:所述上弦杆为拟合屋盖外形的曲线结构。
进一步的:所述下弦杆向外挑出并设置为室外观景平台。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
1、本发明一种空腹网格超长观景平台与悬挑大跨度罩棚一体化结构,通过对体育场传统屋面结构进行优化,将屋面结构设计成悬挑平面桁架结构,从而能够在屋顶悬挑桁架结构内合理构建平衡段,并且可在平衡段内设置楼层板实现观景平台的建造施工,进而能够有效展现体育公园内的景观资源。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中:
图1为本发明三维结构示意图;
图2为本发明观景平台处剖面结构示意图;
图3为本发明屋盖结构平面图;
图4为本发明屋顶悬挑桁架、立面支承网格及桁架支承柱安装结构示意图;
图5为本发明径向平面桁架、环向桁架结构示意图;
图6为本发明立面支承网格结构平面图;
图7为本发明屋顶悬挑桁架主桁架结构示意图;
图8为本发明屋顶悬挑桁架次桁架结构示意图;.
图9为本发明低区观景平台径向钢梁结构示意图;
图10为本发明高区观景平台和低区观景平台分布结构示意图;
图11为本发明低区观景平台结构平面图;
图12为本发明高区观景平台结构平面图;
图13为本发明上弦杆结构平面示意图;
图14为本发明下弦杆结构平面示意图;
图15为综合支吊架环向结构示意图;
图16为综合支吊架径向结构示意图;
图17为竖向交通筒结构示意图;
图18为屋顶悬挑桁架下弦杆与竖向交通筒连接示意图。
附图中标记及对应的零部件名称:
1-屋顶悬挑桁架,2-观景平台,3-立面支承网格,4-桁架支承柱,5-竖向交通筒,6-室外观景平台,7-综合支吊架,11-悬挑段,12-平衡段,13-上弦杆,14-下弦杆,15-环向钢次梁,16-斜腹杆,71-吊杆,72-弦杆抱箍,73-环向横梁,74-径向横梁,A-主桁架,B-次桁架,C-外环三角形空间转换桁架,D-中环平面桁架,E-内环三角形空间桁架,F-水平支撑,G-竖向交叉拉索,H-径向钢梁,2a-高区观景平台,2b-低区观景平台,3a-环向杆件,3b-双曲等截面圆管,3c-直线变截面圆管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
在以下描述中,为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而,对于本领域普通技术人员显而易见的是:不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中,为了避免混淆本发明,未具体描述公知的结构、材料或方法。
在整个说明书中,对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着:结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此,在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外,可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外,本领域普通技术人员应当理解,在此提供的示图都是为了说明的目的,并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中,术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
如图1~图18所示,本发明一种空腹网格超长观景平台与悬挑大跨度罩棚一体化结构,包括屋顶悬挑桁架1、观景平台2、立面支承网格3和桁架支承柱4,所述立面支承网格3固定于楼面,且所述立面支承网格3顶端支承于所述屋顶悬挑桁架1底;所述屋顶悬挑桁架1包括悬挑段11和平衡段12,所述观景平台2搭设于所述平衡段12,且所述悬挑段11与所述平衡段12在桁架支承柱4处相接并向体育场中心延伸。本实施例中,通过对体育场传统屋面结构进行优化,将屋面结构设计成悬挑平面桁架结构,从而能够在屋顶悬挑桁架结构内合理构建平衡段,并且可在平衡段内设置楼层板实现观景平台的建造施工,进而能够有效展现体育公园内的景观资源。在大悬挑屋盖内设置高空观景平台,需要具备以下两个条件,一是屋盖必须是双层结构,下层需设置楼层板作为使用空间,为观景平台的建造提供场所,上层设置为轻型屋面结构,主要起到遮风挡雨的作用;二是因为屋盖下层需要设置楼层板,故而需要采用刚性构件进行搭设,所以排除了网壳结构、膜结构、悬索结构、索承网格结构、索穹顶结构等单层或柔性结构体系;并从网架结构和桁架结构中选择屋盖结构,又因为网架结构、三角形空间桁架结构的斜腹杆较多,会影响建筑结构的功能布置和使用,最终本实施例中优选平面桁架来实现搭建屋盖结构。同时考虑到观景平台的载荷较大,且外立面弧形柱高度较高,若采用传统的钢柱结构难以满足承载需求,故将外立面弧形柱优化为弧形交叉网络结构(即立面支承网格3),其竖向承载力高,抗侧和抗扭刚度高,不仅能够满足观景平台竖向、水平承载的需求,还控制了钢结构屋盖的扭转变形,满足了周期比的控制要求。
所述屋顶悬挑桁架1包括若干径向平面桁架、多道环向桁架和水平支撑F,若干所述径向平面桁架沿圆周按环向布置并通过环向桁架进行连接加固;所述径向平面桁架包括上弦杆13和下弦杆14,所述下弦杆14包括弯曲段和直线段,所述弯曲段的一端与所述上弦杆13的顶端连接,弯曲段的另一端与所述直线段的一端连接,所述直线段的另一端与所述上弦杆13的底端连接;所述弯曲段与上弦杆13构成悬挑段11,所述直线段与上弦杆13构成平衡段12。本实施例中,所述径向平面桁架的设置方向是朝向体育场中心的径向方向,同时通过若干径向平面桁架沿着体育场环向进行等间距均匀布置(径向平面桁架的间距为10~12m),从而搭建起体育场屋盖钢结构,并且通过多道环向桁架的设置进行径向平面桁架的连接,将其连接成一个受力整体从而保证了屋盖结构的结构稳定性。上弦杆13和下弦杆14靠近体育场中心处的内部间距小,越往外内部间距越大,并最终在靠外部一侧形成内部空间足够大的平衡段12,并且为了方便观景平台2的设置,平衡段12处所对应的下弦杆14需设置为水平状态。
在所述平衡段12底面设置多道环向钢次梁15,所述环向钢次梁15固定于下弦杆14且为观景平台2的搭设或浇筑提供支撑。本实施例中,在径向平面桁架搭设完成后便可在屋盖内形成一条高空、超长、大跨度的平衡段长廊,并且因为平衡段长廊长度约300m,跨度约25m,其长度及跨度较大,故而需要在平衡段12设置多道环向钢次梁15来作为楼层板的支承;此结构中观景平台以桁架的下弦杆14作为支承,环向钢次梁15之间的间距为2.5~3.0m,高区观景平台2a区域内的下弦杆14采用矩形管,环向钢次梁15采用H形钢梁,环向钢次梁15的两端与下弦杆14采用螺栓连接;此时形成了高区观景平台2a混凝土楼层板→环向钢次梁15→径向平面桁架→立面支承网格3和支承柱4→下部主体结构的传力路径,从而满足体育场钢结构的受力要求。
所述径向平面桁架包括主桁架A和次桁架B,所述环向桁架包括一道外环三角形空间转换桁架C、两道中环平面桁架D和一道内环三角形空间桁架E;所述主桁架A以桁架支承柱4和立面支承网格3为支座,次桁架B以设置在桁架支承柱4顶部的外环三角形空间转换桁架C和立面支承网格3为支座;所述水平支撑F为若干水平交叉拉索,所述水平交叉拉索的一端连接主桁架A的上弦杆13,另一端连接次桁架B的上弦杆13。本实施例中,主桁架A和次桁架B间隔搭设,并利用环向桁架将主桁架A和次桁架B连接成一个整体,最终通过桁架支承柱4和立面支承网格3作为支承。其中,水平支撑F的具体设置方式如下,在屋顶悬挑桁架1的平衡段12除开高区观景平台2a观景窗口以外的外环区域设置水平交叉拉索,且此处交叉拉索的一端连接于主桁架A的上弦杆13,另一端连接于次桁架B的上弦杆13;在高区观景平台2a内竖向交通筒5的附近区域,沿环向在竖向平面内设置竖向交叉拉索G。此处的交叉拉索G一端与主桁架A的上弦杆13连接,另一端与次桁架B的下弦杆14连接(或一端与主桁架A的下弦杆14连接,另一端与次桁架B的上弦杆13连接)。
所述观景平台2包括高区观景平台2a和低区观景平台2b,所述高区观景平台2a以屋顶悬挑桁架1的下弦杆14为支承,内部设置四个竖向交通筒5;所述低区观景平台2b一端支承在立面支承网格3上,另一端支撑在混凝土看台结构上,且低区观景平台2b区域内设置有若干楼梯。本实施例中,将观景平台2分为了高区观景平台2a和低区观景平台2b,结合实际的东安湖体育公园体育场项目,在建筑东西侧的16.6m标高层各设置长约165m,宽20m的低区观景平台2b,所述低区观景平台2b一端支承于立面交叉网格3的单层弧形结构上,另一端支承于混凝土主体结构上,低区观景平台2b由H型钢梁上铺设钢筋桁架楼承板构成。低区观景平台2b由于超长,同时协调混凝土结构和钢结构的变形,温度应力极大,进行施工阶段分析,考虑混凝土的收缩、徐变等情况,对组合楼盖温度应力精细化计算,控制钢梁截面,对X形节点进行优化确保结构的稳定性,美观性。在南侧设置四个竖向交通筒5将7m标高的大平台和29m标高的高区观景平台2a连接,东西侧的低区观景平台2b将立面支承网格3和看台结构相连,同时低区观景平台2b与南侧竖向交通筒5相连,观景平台2的各个连接处杆件数量多,连接关系复杂,杆件形式和截面多样,故需要对结构整体进行受力分析,其中主要分析高区观景平台2a和低区观景平台2b对钢屋盖的影响,以及南侧竖向交通筒5竖向变形对钢屋盖的影响,然后采用球形、铸钢、钟形、相贯等各种形式的节点来有效解决杆件连接复杂的问题。
所述竖向交通筒5自观景平台2平面向下延伸至地面,且竖向交通筒5与所述次桁架B的下弦杆14连接;所述竖向交通筒5内部设置有若干楼梯和电梯,其竖向支承构件为三片径向布置的钢筋混凝土剪力墙,且钢筋混凝土剪力墙两端设置有端柱,端柱内设置有若干钢骨;所述竖向交通筒5与下弦杆14连接处的下弦杆14为钢矩管,且内部浇灌C50自密实混凝土,外部包裹有钢筋混凝土梁,所述钢筋混凝土梁与所述钢筋混凝土剪力墙连接。本实施例中,为了满足从地面直达观景平台,同时满足观景平台的疏散需求,需设计至少四个竖向交通筒5用于楼梯和电梯的安装施工,并在每个竖向交通筒5内设置两部电梯及两道楼梯,因此竖向交通筒5的尺寸较大,无法避开径向平面桁架,这就导致了下弦杆14要穿过竖向交通筒5,钢结构屋盖无法和交通筒设缝脱开,因此选择将下弦杆14与竖向交通筒5连接在一起,从而较好的解决了筒体、屋盖及桁架三者之间变形协调及连接结构问题,同时缩短了平面桁架的传力路径。由于竖向交通筒5平面尺寸相对钢结构屋盖较小,无支承高度达22米,且偏置一侧布置,竖向交通筒5与钢结构屋盖刚度差异较大,不仅要传递钢结构屋盖的竖向荷载和水平荷载,而且要协调上部钢结构屋盖和下部主体结构的变形,竖向交通筒5受力模式接近悬臂的巨柱,交通筒底部承受较大的弯矩和剪力,因此,交通筒端部边缘构件受拉严重,需要配置型钢,满足中震下剪力墙平均名义拉应力不超过2倍混凝土抗拉强度标准值。
本实施例中,所述立面支承网格3起到了良好的支承作用,其中,所述立面支承网格3的中部位置设置有环向杆件3a,环向杆件3a上方的交叉网络为双曲等截面圆管3b,上端支承于主桁架A和次桁架B的外侧端,环向杆件3a下方的交叉网络为直线变截面圆管3c,下端通过成品铸钢铰接支座与7m标高混凝土楼面连接。此种结构形式的立面支承网格3其支承效果更好。
在所述高区观景平台2a底面设置多道环向钢次梁15,所述环向钢次梁15固定于下弦杆14且为高区观景平台2a的搭设或浇筑提供支承;所述低区观景平台2b底面设置有多道径向钢梁H,所述径向钢梁H的一端支承于所述立面支承网格3交叉处或支承于所述环向杆件3a,另一端支承在混凝土看台结构上,为低区观景平台2b的搭设或浇筑提供支承,东、西侧支承低区观景平台2b的环向杆件3a为平行四边形钢管,其与环向杆件3a为圆钢管。在所述平衡段12的上弦杆13和下弦杆14的弦节点之间设置人字形的斜腹杆16。当桁架高度较高,上下弦节点距离较大时,一般需要设置竖腹杆来减小节间长度,提高经济性,但是在本实施例中,竖腹杆的存在会影响高区观景平台2a的正常使用及功能布局,无法实现高区观景平台2a大开间的功能需求,因此,本实施例中抽掉了径向平面桁架中的竖腹杆,并且将斜腹杆设计为人字形,从而在保证径向平面桁架结构稳定性的同时尽可能的满足高区观景平台2a大开间的功能需求。
所述桁架支承柱4支承于所述主桁架A弯曲段和直线段的连接处,所述桁架支承柱4顶部沿环向设置三角形空间桁架作为所述次桁架B的支承,所述桁架支承柱4通过成品铸钢铰支座与主桁架A和外环三角形空间转换桁架C连接;所述立面支承网格3支承于所述直线段的外侧端,连接节点采用铸钢节点。本实施例中,对屋顶悬挑桁架1的支承主要由立面支承网格3和桁架支承柱4来提供,并且为了满足建筑开阔的视线效果,所述桁架支承柱4采用隔跨设置的形式,并且在桁架支承柱4顶端设置转换桁架来解决桁架的传力问题。
高区观景平台2a除了具备观光效果外,还应具备展览、健身、休闲、娱乐、餐饮等建筑功能,因此,高区观景平台2a上方存在大量的水、暖、电等设备管线;而径向平面桁架之间的间距10~12m,高度为8~13m,高区观景平台2a上方属于超大超高空间,设备管线很难找到受力点;故而本实施例中,在所述平衡段12顶还设置有综合支吊架7,所述综合支吊架7顶端固定于上弦杆13,并向观景平台2平面延伸。
所述综合支吊架7包括吊杆71,所述吊杆71设置为左右两道,且分别设置于所述上弦杆13的两侧;所述吊杆71顶部设置有弦杆抱箍72,所述吊杆71通过弦杆抱箍72固定于上弦杆13;所述吊杆71底端与环向横梁73或径向横梁74连接。本实施例中,将观景平台2的净高控制在5m左右,并在5m高处设置装饰吊顶,但装饰吊顶距离上弦杆13至少都还存在3~8m的间距,故而可通过吊杆71来连接上弦杆13及环向横梁73和径向横梁74,从而有效的为装饰吊顶及其他设备管线的安装提供场所,同时为了避免吊杆71与腹杆碰撞,将吊杆71设置成左右两道的结构形式,并通过弦杆抱箍72实现吊杆71与上弦杆13的固定连接效果。
所述上弦杆13为拟合屋盖外形的曲线结构。本实施例中,为了采光和观光,建筑将高区观景平台2a***护墙设计为全透明玻璃幕墙,但建筑整体造型为弧面,上弦杆若拟合外立面弧面,将造成玻璃幕墙为弧面,不仅施工难度大,而且造价高,设计将外立面弧形玻璃幕墙修改为斜面玻璃幕墙,上弦杆13在观光窗口处由弧线相应优化为直线。
所述下弦杆14向外挑出并设置为室外观景平台6。本实施例中,所述室外观景平台6的设置不仅能够为观赏室外景观提供场所,同时可以平衡下弦杆14的弯矩,从而改善了下弦杆14的结构受力。
实施例2
本实施例提供一种观景平台设计要点和分析方法,本实施例以成都世界大运公园境内东安湖体育公园体育场项目为例,此体育场建筑高度49.8m,屋盖直径295m,悬挑长度45m,并在建筑南区29米标高处利用桁架高度空间打造出一道300m长,25m宽的高空观景平台。此观景平台的主要特征是高空、超长,大跨度,因此其设计分析要点主要包含竖向交通筒抗拉分析、超长楼盖温度应力分析和大跨度楼盖舒适度分析三点。具体分析方法如下:
一、竖向交通筒抗拉分析
1、竖向交通筒从首层地面直达29m标高的观景平台处,与主体结构仅在7m大平台处相连接,竖向交通筒无支承高度达22m,由于竖向交通筒与钢屋盖刚度差异较大,竖向交通筒受力模式接近悬臂柱,其底部承受钢屋盖传来较大的剪力和弯矩,导致竖向交通筒的边缘构件承受较大的拉力。
(1)、中震下平均名义拉应力验算
根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》第十二条,中震时出现小偏心受拉的混凝土构件应采用《高层混凝土结构规程》中规定的特一级构造。中震时双向水平地震下墙肢全截面由轴向力产生的平均名义拉应力超过混凝土抗拉强度标准值时宜设置型钢承担拉力,且平均名义拉应力不宜超过两倍混凝土抗拉强度标准值(可按弹性模量换算考虑型钢和钢板的作用),全截面型钢和钢板的含钢率超过2.5%时可按比例适当放松。墙肢全截面平均名义拉应力σt0可按下式计算:
(2)、偏心受拉剪力墙计算原则
a)、当仅配置钢筋时,依据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2010)设计。端部纵筋和竖向分布钢筋按偏心受拉剪力墙的正截面受拉承载力公式7.2.9-2~4计算;水平筋按偏心受拉剪力墙的斜截面受剪承载力公式7.2.11-2计算。
b)、当配置型钢时,依据《组合结构设计规范》(JGJ138-2016)设计。剪力墙型钢按偏心受拉剪力墙正截面受拉承载力公式9.1.2-2~4和斜截面受剪承载力公式9.1.8-2的计算结果取包络值;剪力墙端部纵筋和竖向分布钢筋按偏心受拉剪力墙正截面受拉承载力公式9.1.2-2~4计算;水平筋按斜截面受剪承载力公式9.1.8-2的计算。
c)、小偏心受拉剪力墙的配筋,在满足上述第a)、b)款基础上,剪力墙受剪滑移面尚应满足公式V=0.6fyAs-0.6N(拉力为正)。
二、超长楼盖温度应力分析
观景平台为组合楼盖,梁采用钢梁,楼板采用混凝土楼板,钢和混凝土是两种物理力学性能不同的材质,具有不同的温度线膨胀系数和导热系数,在环境温度发生变化时有着不同的变形机理,混凝土楼板的变形除与季节温差有关外,尚应混凝土本身的收缩和徐变相关,温度作用分析按等效温差进行加载,而钢梁的变形仅有季节温差相关,温度作用分析时按实际温差进行加载。
为降低施工阶段混凝土收缩和温度作用的影响,观景平台设置了多条后浇带,后浇带未封闭之前的混凝土,其部分收缩受到后浇带之间结构单元竖向构件的约束作用,产生拉应力,而很大一部分属于自由收缩,不产生拉应力,约束混凝土收缩变形的作用较小,可视为一种接近于自由变形的构件。根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)附录K有关混凝土收缩应变计算公式,后浇带在两侧混凝土浇筑完成3个月后浇筑,混凝土收缩约完成了60%的最终收缩量,即ε1=60%εs=2.4x10-4,而剩下的ε2=40%εs=1.6x10-4才在结构中产生拉应力。
混凝土在收缩过程中必然伴随着徐变变形,这种变形相当于混凝土弹性变形模量的折减,从而引起混凝土内应力的下降。有研究认为,混凝土的徐变最终应变值约为初始瞬时应变的1~4倍,设混凝土的弹性应变为εe,取混凝土收缩徐变εsh=2.5εe,由于徐变而引起的应力折减系数为:ψ=1/(1+2.5)=2/7≈0.2857
本工程采用C35混凝土,弹性模量Ec=3.15x104N/mm2,故混凝土中由应变ε2产生的拉应力为σt1=ψ×ε2×Ec=0.2857×1.6×10-4×3.15×104=1.44N/mm2。
本工程混凝土结构可能的闭合初始温度T0=5℃~20℃,可能的室内温度:T=10℃~30℃,可能的升降温度:升温ΔT=30℃-5℃=25℃,降温ΔT=10℃-20℃=-10℃。
混凝土的线膨胀系数αC=1x10-5/℃,同时,混凝土具有徐变的特性,应力要松驰,取温度的应力松弛系数为0.5,则混凝土中产生的应力:
升温:σt2=0.5x1x10-5x25x3.15x104=3.94N/mm2(压应力)
降温:σt2=0.5x1x10-5x10x3.15x104=1.58N/mm2(拉应力)
本工程普通混凝土梁、板的裂缝控制等级为三级,允许梁、板开裂,综合考虑梁、板的开裂刚度为未开裂刚度的0.7倍,则混凝土中由收缩和降温引起的综合拉应力为:
升温:σc=σt2-σt1=2.50N/mm2(压应力)
降温:σt=σt1+0.7σt2=2.55N/mm2(拉应力)
混凝土中拉应力的等效温度为:
升温:ΔT+=σc/(ECαC)=7.93℃
降温:ΔT-=σt/(ECαC)=-8.09℃
本工程钢结构可能的闭合初始温度T0=10℃~20℃,可能的室内温度:T=5℃~35℃,可能的升降温度:升温ΔT=35℃-10℃=25℃,降温ΔT=5℃-20℃=-15℃。
观景平台温度应力采用Midas计算,楼板采用膜单元,并考虑梁、板协同工作,温度荷载按构件温差输入,升温工况:混凝土楼板+7.93℃,钢梁+25℃,降温工况:混凝土楼板-8.09℃,钢梁-15℃。组合楼盖在升温工况下温度应力较大,最大拉应力出现在竖向交通筒5附近楼板,达到了2.0Mpa,小于混凝土的抗拉强度2.20MPa,满足规范要求。
三、大跨度楼盖舒适度分析
观景平台2均为钢梁+钢筋桁架楼承板的大跨度楼盖,为了保证大跨度楼盖的舒适度,对楼盖的竖向振动频率和加速度峰值进行双重控制。将钢筋混凝土组合楼盖的混凝土弹性模型放大1.35倍,阻尼比统一取值0.02。低区观景平台2b沿径向按单向梁布置,以立面支承网格3和主体结构为支承,梁跨度约20m,间距2.5~2.8m,其楼盖第一阶竖向振型发生在梁跨中间处,振动频率3.01Hz;高区观景平台2a沿环向按单向梁布置,以平面桁架下弦为支承,桁架跨度约22m,次梁跨度10~12m,间距2.5~3m,其楼盖第一阶竖向振型发生在桁架支承柱4顶部的转换桁架处,振动频率3.52Hz。可见观景平台2第一阶竖向振动频率均满足不小于3Hz的规范要求,不容易引起人形振动的问题。
人行荷载可以用傅里叶级数来模拟,其表达式如下:
根据人群活动将可能出现的通行情况分为拥挤状态(激烈的相互干扰,不可避免的碰撞,行人密度1.0~2.0人/m,行走基频1.5~2.0Hz)、基本自由状态(自由受到一定的限制,但能相互绕越,行人密度0.4~0.6人/m,行走基频2.0~2.5Hz)和自由状态(舒适而无拘束的行走,可以跑动,行人密度0.3人/m,行走基频2.5~3.0Hz)。选择高区观景平台2a和低区观景平台2b最大模态位移区域为典型位置进行竖向加速度考察及舒适度验算,并得到如下结果:低区观景平台2b拥挤状态下竖向加速度峰值为0.10m/s2,基本自由状态竖向加速度峰值为0.048m/s2,自由状态竖向加速度峰值为0.032m/s2;高区观景平台2a拥挤状态下竖向加速度峰值为0.021m/s2,基本自由状态竖向加速度峰值为0.018m/s2,自由状态竖向加速度峰值为0.007m/s2,可见最大竖向加速度均小于规范要求的0.15m/s2。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种空腹网格超长观景平台与悬挑大跨度罩棚一体化结构,其特征在于,包括屋顶悬挑桁架(1)、观景平台(2)、立面支承网格(3)和桁架支承柱(4),所述立面支承网格(3)固定于楼面,且所述立面支承网格(3)顶端支承于所述屋顶悬挑桁架(1)底;
所述屋顶悬挑桁架(1)包括悬挑段(11)和平衡段(12),所述观景平台(2)搭设于所述平衡段(12),且所述悬挑段(11)与所述平衡段(12)在桁架支承柱(4)处相接并向体育场中心延伸。
2.根据权利要求1所述的一种空腹网格超长观景平台与悬挑大跨度罩棚一体化结构,其特征在于,所述屋顶悬挑桁架(1)包括若干径向平面桁架、多道环向桁架和水平支撑(F),若干所述径向平面桁架沿圆周按环向布置并通过环向桁架进行连接加固;
所述径向平面桁架包括上弦杆(13)和下弦杆(14),所述下弦杆(14)包括弯曲段和直线段,所述弯曲段的一端与所述上弦杆(13)的顶端通过竖腹杆连接,弯曲段的另一端与所述直线段的一端连接,所述直线段的另一端与所述上弦杆(13)的底端连接,在所述平衡段(12)的上弦杆(13)和下弦杆(14)的弦节点之间设置人字形的斜腹杆(16);
所述弯曲段与上弦杆(13)构成悬挑段(11),所述直线段与上弦杆(13)构成平衡段(12);
所述上弦杆(13)为拟合屋盖外形的曲线结构,所述下弦杆(14)向外挑出并设置为室外观景平台(6)。
3.根据权利要求2所述的一种空腹网格超长观景平台与悬挑大跨度罩棚一体化结构,其特征在于,所述径向平面桁架包括主桁架(A)和次桁架(B),所述环向桁架包括一道外环三角形空间转换桁架(C)、两道中环平面桁架(D)和一道内环三角形空间桁架(E);
所述主桁架(A)以桁架支承柱(4)和立面支承网格(3)为支座,次桁架(B)以设置在桁架支承柱(4)顶部的外环三角形空间转换桁架(C)和立面支承网格(3)为支座;
所述水平支撑(F)为若干水平交叉拉索,所述水平交叉拉索的一端连接主桁架(A)的上弦杆(13),另一端连接次桁架(B)的上弦杆(13)。
4.根据权利要求3所述的一种空腹网格超长观景平台与悬挑大跨度罩棚一体化结构,其特征在于,所述观景平台(2)包括高区观景平台(2a)和低区观景平台(2b),所述高区观景平台(2a)以屋顶悬挑桁架(1)的下弦杆(14)为支承,内部设置若干竖向交通筒(5);
所述低区观景平台(2b)一端支承在立面支承网格(3)上,另一端支承在混凝土看台结构上,且低区观景平台(2b)区域内设置有若干楼梯,所述低区观景平台(2b)同时与竖向交通筒(5)连接。
5.根据权利要求4所述的一种空腹网格超长观景平台与悬挑大跨度罩棚一体化结构,其特征在于,所述竖向交通筒(5)自观景平台(2)平面向下延伸至地面,且竖向交通筒(5)与所述次桁架(B)的下弦杆(14)连接;
所述竖向交通筒(5)内部设置有若干楼梯和电梯,其竖向支承构件为三片径向布置的钢筋混凝土剪力墙,且钢筋混凝土剪力墙两端设置有端柱,端柱内设置有若干钢骨;
所述竖向交通筒(5)与下弦杆(14)连接处的下弦杆(14)为钢矩管,且内部浇灌C50自密实混凝土,外部包裹有钢筋混凝土梁,所述钢筋混凝土梁与所述钢筋混凝土剪力墙连接。
6.根据权利要求2所述的一种空腹网格超长观景平台与悬挑大跨度罩棚一体化结构,其特征在于,所述立面支承网格(3)的中部位置设置有环向杆件(3a),环向杆件(3a)上方的交叉网络为双曲等截面圆管(3b),环向杆件(3a)下方的交叉网络为直线变截面圆管(3c)。
7.根据权利要求6所述的一种空腹网格超长观景平台与悬挑大跨度罩棚一体化结构,其特征在于,在所述高区观景平台(2a)底面设置多道环向钢次梁(15),所述环向钢次梁(15)固定于下弦杆(14)且为高区观景平台(2a)的搭设或浇筑提供支承;
所述低区观景平台(2b)底面设置有多道径向钢梁(H),所述径向钢梁(H)的一端支承于所述立面支承网格(3)交叉处或支承于所述环向杆件(3a),另一端支承在混凝土看台结构上,为低区观景平台(2b)的搭设或浇筑提供支承。
8.根据权利要求3所述的一种空腹网格超长观景平台与悬挑大跨度罩棚一体化结构,其特征在于,所述屋顶悬挑桁架(1)还设置有桁架支承柱(4),所述桁架支承柱(4)支承于所述主桁架(A)弯曲段和直线段的连接处,所述桁架支承柱(4)顶部沿环向设置三角形空间桁架作为所述次桁架(B)的支承,所述桁架支承柱(4)通过成品铸钢铰支座与主桁架(A)和外环三角形空间转换桁架(C)连接;
所述立面支承网格(3)支承于所述直线段的外侧端。
9.根据权利要求2所述的一种空腹网格超长观景平台与悬挑大跨度罩棚一体化结构,其特征在于,所述平衡段(12)顶还设置有综合支吊架(7),所述综合支吊架(7)顶端固定于上弦杆(13),并向观景平台(2)平面延伸。
10.根据权利要求9所述的一种空腹网格超长观景平台与悬挑大跨度罩棚一体化结构,其特征在于,所述综合支吊架(7)包括吊杆(71),所述吊杆(71)设置为左右两道,且分别设置于所述上弦杆(13)的两侧;
所述吊杆(71)顶部设置有弦杆抱箍(72),所述吊杆(71)通过弦杆抱箍(72)固定于上弦杆(13);
所述吊杆(71)底端与环向横梁(73)或径向横梁(74)连接。
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