崔 令

(河北建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，河北石家莊 050000)

1 工程概況

邯鄲至大名高速公路是邯鄲市規(guī)劃“三縱兩橫一環(huán)”高速公路網(wǎng)中的重要一“橫”，對(duì)于完善邯鄲市區(qū)域高速公路網(wǎng)的布局結(jié)構(gòu)，滿足區(qū)間交通需求，密切邯鄲市與周邊省市之間的交通聯(lián)系具有重要意義。建成之后也將成為山西及河北南部地區(qū)連接膠東半島的又一條便捷出海通道。邯鄲市區(qū)收費(fèi)站位于邯鄲市區(qū)東南外環(huán)處，其中收費(fèi)棚建筑面積2 600 m2，共設(shè)五個(gè)車道，結(jié)構(gòu)采用鋼框架結(jié)構(gòu)，沿道路方向1跨，跨度18 m，垂直道路方向5跨，中跨為22.8 m，其余跨均為17.1 m，結(jié)構(gòu)主體高度12.75 m。建筑效果見圖1。

圖1 邯鄲市收費(fèi)棚效果圖

2 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

擬建場(chǎng)地區(qū)為華北沖擊平原，施工土層由上至下分別為素填土和性狀稍有不同的粉質(zhì)粘土。

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，獨(dú)立基礎(chǔ)落在第②層粉質(zhì)粘土上，粉質(zhì)粘土層地基承載力特征值fak=110 kPa。±0.000相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高 59.225。

基礎(chǔ)計(jì)算采用PKPM計(jì)算程序中的JCCAD，采用鋼柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，柱腳采用剛性柱腳即鋼柱插入內(nèi)框架柱做法，具體做法詳見圖2。

圖2 柱腳做法圖

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本概況

1)本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年，設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑安全等級(jí)為二級(jí)，建筑抗震設(shè)防類別為丙類，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)，框架抗震等級(jí)四級(jí)，抗震設(shè)防烈度:7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度:0.15g，設(shè)計(jì)地震分組:第2組，建筑場(chǎng)地類別:Ⅲ，特征周期 0.55。

2)四面均為開敞結(jié)構(gòu)，故不考慮抗風(fēng)。

3)結(jié)構(gòu)頂面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值:考慮檢修及積雪荷載取2.0 kN/m2。

3.2 結(jié)構(gòu)體系

結(jié)構(gòu)采用鋼框架結(jié)構(gòu)，主體主要由兩部分組成，即下部5跨拱形主框架和上部的曲面屋頂框架，屋頂框架與拱形框架在拱頂相連，鋼柱、拱形梁及柱頂橫梁構(gòu)成結(jié)構(gòu)整體受力體系。整體結(jié)構(gòu)效果簡(jiǎn)潔、美觀，充滿曲線之美，但受力也較為復(fù)雜且存在薄弱部位，即拱頂拱梁與屋面框架梁的連接處若節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)考慮不周則易出現(xiàn)安全隱患。

結(jié)構(gòu)平面長(zhǎng)度91.2 m，寬18 m，長(zhǎng)寬比5.06，滿足7度抗震情況長(zhǎng)寬比小于6.5的要求。結(jié)構(gòu)整體及局部詳見圖3～圖6。

圖3 主框架結(jié)構(gòu)

圖4 屋頂框架

3.3 主要構(gòu)件斷面

鋼框架柱是本工程主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件，承擔(dān)主要的水平及豎向荷載，尺寸為:800 mm×800 mm厚度24 mm，框架梁:箱1 000 mm×600 mm×24 mm×20 mm(梁高×翼緣寬×腹板厚×翼緣厚)。

圖5 整體框架

圖6 正立面

3.4 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析:采用中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院編制的《SAP2000軟件》(V11.0.4版)。建立計(jì)算模型時(shí)先在AutoCAD中建立結(jié)構(gòu)的三維軸網(wǎng)，然后導(dǎo)入到SAP2000中，再在各軸網(wǎng)上布置框架并設(shè)置各種荷載及分析工況，接著進(jìn)行各工況計(jì)算，最后進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，驗(yàn)算各構(gòu)件屈服及穩(wěn)定應(yīng)力比。計(jì)算結(jié)果介紹如下。

SAP2000計(jì)算分析結(jié)果:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地震力振型組合數(shù)取12個(gè)，表1列出前T1～T6。第一振型為x向平動(dòng)，第二振型為y向平動(dòng)，第三振型為扭轉(zhuǎn)，T3/T1=0.76＜0.9。x方向結(jié)構(gòu)相對(duì)位移為1/609，y方向結(jié)構(gòu)相對(duì)位移為1/1 508，均小于1/250抗震規(guī)范規(guī)定的限值。整體和局部構(gòu)件穩(wěn)定性驗(yàn)算也可以通過。計(jì)算結(jié)果顯示由鋼框架柱、柱頂橫梁、柱間大跨拱梁與屋頂平梁組成的整體空間框架體系受力體系具有較好的抗側(cè)剛度及抗扭剛度。

表1 各振型周期表

4 結(jié)構(gòu)措施及新技術(shù)應(yīng)用

1)拱梁與平梁重合處連接。結(jié)構(gòu)拱頂處拱梁與屋面斜梁相交并連接，但是理論上的連接處僅為一點(diǎn)，如圖7a)，7b)所示，此處為上下結(jié)構(gòu)連接的一個(gè)薄弱部位，施工中難以保證連接強(qiáng)度。為解決這一問題，本工程采用了局部近似連接的方法，將結(jié)合點(diǎn)改造為一個(gè)上下雙箱梁，如圖7c)，7d)所示，并在兩側(cè)分別與屋頂斜梁和拱梁焊接，該措施很好的解決了連接強(qiáng)度問題。

圖7 拱梁與平梁重合處連接示意圖

2)拱形結(jié)構(gòu)施工中的拼接問題。由于結(jié)構(gòu)中存在連續(xù)多跨拱梁，且跨度很大，最大達(dá)22.8 m，分段在高空安裝存在很大困難，且很難保證施工精度，一旦出現(xiàn)誤差難以糾正。針對(duì)此問題，本工程采用半個(gè)單榀框架地面拼裝，然后整體吊裝的方法有效的解決了問題。吊裝過程中拱梁底的水平拉桿為受壓狀態(tài)，經(jīng)過驗(yàn)算其穩(wěn)定性，此施工方法可以實(shí)現(xiàn)。

3)為了保證屋面結(jié)構(gòu)的面內(nèi)穩(wěn)定性，提高其面內(nèi)剛度，在屋面框架梁下面對(duì)稱設(shè)置了8道斜拉桿，拉桿直徑32 mm，長(zhǎng)度12 m～14 m。由于拉桿長(zhǎng)度過長(zhǎng)，撓度過大，現(xiàn)場(chǎng)施工中采用了梁底焊接掛鉤吊住拉桿的辦法解決了這一問題。

5 結(jié)語

本工程現(xiàn)已施工完畢，施工期間設(shè)計(jì)與施工單位反復(fù)溝通，使建筑效果得以成功實(shí)現(xiàn)并保證了施工工藝的可行性，希望可以對(duì)以后的類似工程有所借鑒。