黃喆
摘要:近年來隨著隨著建筑功能需求的不斷提高,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)建筑使用功能及造型要求的完成度顯的越發(fā)重要。文章主要以南京外國語方山分校項(xiàng)目為例,闡述實(shí)際工程中為實(shí)現(xiàn)建筑功能及造型需求結(jié)構(gòu)常用的技術(shù)方法。
關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)體系;預(yù)應(yīng)力混凝土;鋼結(jié)構(gòu);空間結(jié)構(gòu)體系
1 工程概況
本學(xué)校項(xiàng)目位于南京市江寧區(qū),學(xué)校由小學(xué)、中學(xué)兩部分構(gòu)成。小學(xué)區(qū)有禮儀長廊、小學(xué)教學(xué)樓、小學(xué)體育館、小學(xué)食堂;中學(xué)區(qū)有初中教學(xué)樓、初中綜合樓、國際高中、科學(xué)高中、中學(xué)體育館,并配備有小學(xué)及中學(xué)宿舍,圖書行政中心、博雅中心、STEM中心和千人會(huì)場(chǎng)等共享建筑。學(xué)校占地面積322畝,總建筑面積達(dá)到26萬平方米。
如此規(guī)模的學(xué)校建筑群建筑使用功能涵蓋了教學(xué)和生活的方方面面,對(duì)建筑群的細(xì)節(jié)展現(xiàn)提出了更高的要求,同時(shí)也對(duì)我們結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)度提出了高要求。
2 合理的結(jié)構(gòu)體系
本項(xiàng)目子項(xiàng)較多,各子項(xiàng)使用功能較為復(fù)雜。各子項(xiàng)多為5~7層建筑,采用框架結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)冗余度高、抗震性能好、安全度高。具有可以靈活配合建筑平面布置的有點(diǎn),有利于安排較大使用空間。具有合理的地震作用傳遞途徑,具備良好變形能力和消耗地震能量的能力。
其中千人會(huì)場(chǎng)子項(xiàng)是一個(gè)小型劇院模式的建筑,建筑面積8千平米,建筑高度21.8m,5層,其一層建筑功能為開敞大空間食堂及餐飲配套,二層為一容納千人席位的微型劇院,輔以排練室、休息室、化妝室,主舞臺(tái)、側(cè)臺(tái)、觀眾廳、耳光室、燈光及音效控制室、臺(tái)頂檢修環(huán)道、舞臺(tái)馬道、面光橋等一應(yīng)俱全。由于一層具有大空間食堂功能需求,整體建筑二層以上均呈現(xiàn)三面圓形形態(tài),結(jié)構(gòu)可布置墻體的空間幾乎為零,無法于整個(gè)結(jié)構(gòu)平面均勻布置雙向墻肢。由于體量較小,經(jīng)結(jié)構(gòu)試算,最終沒有布置墻肢而采用了框架結(jié)構(gòu)。由于舞臺(tái)和觀眾廳部位較為空曠,高差很大,樓板缺失很多,被開洞分開的各部分的連接較弱,在地震作用下各部分容易相對(duì)振動(dòng)。在無條件采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的情形下,對(duì)此框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了中震及大震下的補(bǔ)充分析。對(duì)于各錯(cuò)層柱,穿層柱進(jìn)行了加強(qiáng)保證其在設(shè)防地震下的承載力,并控制其罕遇地震下的位移角稍高于規(guī)范要求。并對(duì)觀眾廳斜向臺(tái)座樓板及各標(biāo)高被開洞分開的各部位樓板進(jìn)行設(shè)防地震下的樓板應(yīng)力分析,對(duì)應(yīng)力較大部位針對(duì)性樓板加厚及配筋加強(qiáng),保證設(shè)防地震下樓板有效的地震力傳遞。通過合理的結(jié)構(gòu)體系選型,有效保證了建筑使用功能的需求。
千人會(huì)場(chǎng)剖面圖
3 不規(guī)則平面的規(guī)則化處理
小學(xué)教學(xué)樓子項(xiàng)建筑長159.5m,寬82m,建筑平面呈現(xiàn)細(xì)長C型布置,并存在平面凹進(jìn)。設(shè)計(jì)中通過設(shè)置抗震縫,在滿足建筑使用功能條件下,將不規(guī)則的平面分割成多個(gè)規(guī)則平面。對(duì)局部薄弱部位,采取有效的抗震構(gòu)造措施予以加強(qiáng)。
4 預(yù)應(yīng)力技術(shù)的運(yùn)用
預(yù)應(yīng)力混凝土是指為了彌補(bǔ)混凝土過早出現(xiàn)裂縫而在結(jié)構(gòu)承受外荷載以前,預(yù)先給混凝土施加一個(gè)預(yù)壓力,來抵消或部分抵消該區(qū)域內(nèi)正常實(shí)用階段的使用荷載所帶來的拉應(yīng)力。民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用最廣泛的是預(yù)應(yīng)力混凝土梁,即在混凝土受拉區(qū),用人工作業(yè)將預(yù)應(yīng)力筋張拉,利用預(yù)應(yīng)力筋的回縮力使混凝土受拉區(qū)預(yù)先承受一部分壓力。這部分壓力被儲(chǔ)存下來,當(dāng)梁正常使用承受樓面豎向荷載時(shí),豎向荷載產(chǎn)生的梁底或支座頂?shù)睦κ紫缺皇芾瓍^(qū)混凝土中儲(chǔ)存的壓力抵消一部分,此方法很好的限制了混凝土的伸長,延緩或不使裂縫出現(xiàn)。
千人會(huì)場(chǎng)子項(xiàng)因觀眾廳池座處不能設(shè)置框架柱,池座上空形成27.8x27.0m的大跨結(jié)構(gòu),小學(xué)體育館因籃球場(chǎng)的功能需求,籃球場(chǎng)上空也形成27x42m的大跨結(jié)構(gòu),中學(xué)體育館子項(xiàng)為滿足泳池的使用功能要求,泳池上空一層平面及二層籃球訓(xùn)練場(chǎng)部位均形成26.4x33m的大跨結(jié)構(gòu)??紤]使用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁。其中千人會(huì)場(chǎng)和小學(xué)體育館大跨部位為屋面,面荷載較小,按短跨方向單項(xiàng)布置預(yù)應(yīng)力混凝土梁,短跨主梁500x1600(4根),短跨次梁400x1600(2根);中學(xué)體育館大跨部位為籃球館和一層活動(dòng)場(chǎng)所,面荷載相對(duì)較大,按雙向布置預(yù)應(yīng)力混凝土梁,主梁500x1100(2根),次梁400x700(1根)。預(yù)應(yīng)力筋直徑15.2mm,極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa的低弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線,其性能滿足《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》的規(guī)定。張拉端及固定端均采用OVM錨具,端部承壓板、局壓網(wǎng)片滿足局部承壓和張拉設(shè)備要求。預(yù)應(yīng)力混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40,不摻加氯化物外加劑,預(yù)應(yīng)力筋封端混凝土采用微膨脹細(xì)石混凝土。
預(yù)應(yīng)力混凝土梁可提供普通鋼筋混凝土梁更大的跨度,減小梁高,增加建筑使用空間高度,同時(shí)又沒有對(duì)施工設(shè)備提出過高要求,對(duì)工期不會(huì)有太大影響。
5 鋼結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用
隨著鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)在各跨度大、高度高等特殊工程的成熟及推廣,鋼結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)體系也漸漸應(yīng)用到普通公共民用建筑項(xiàng)目中。中學(xué)體育館的籃球訓(xùn)練館需求33x46.2m的無柱空間,由于建筑需求籃球場(chǎng)館有大量的自然采光,屋面需開設(shè)將近屋面面積一半的采光天窗,采用正方四角錐螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu),主要桿件為圓鋼管。很好的解決籃球場(chǎng)館自然采光的需求,給予室內(nèi)空間寬敞通透的視覺感受。
初中教學(xué)樓和初中綜合樓之間需有一連廊聯(lián)通,并要求連廊下室外空間達(dá)到無柱效果。連廊跨度30.9m,采用空間鋼桁架結(jié)構(gòu)體系,利用連廊建筑層高4.1m作為桁架高度,將桁架桿件控制在較小的規(guī)格還能很好控制整體撓度。很好的滿足了建筑愿景,又達(dá)到經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)。
操場(chǎng)看臺(tái)頂構(gòu)架需根據(jù)建筑需求,單排柱,兩側(cè)懸挑,單面懸挑達(dá)到了8.9m。采用平面懸挑桁架體系,使桁架懸挑根部高度1m,遠(yuǎn)端0.4m。構(gòu)件整體尺寸很好的實(shí)現(xiàn)建筑輕薄簡單的訴求。
6 結(jié)語
本文通過實(shí)際項(xiàng)目對(duì)大型綜合學(xué)校這類建筑功能多樣化的項(xiàng)目中的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)經(jīng)行了總結(jié),主要得到以下幾點(diǎn)結(jié)論:
6.1 深入理解建筑功能需求,根據(jù)建筑體量、層數(shù)及建筑功能布置合理選擇結(jié)構(gòu)體系;
6.2 對(duì)建筑平面過于復(fù)雜的建筑需對(duì)其經(jīng)行規(guī)則化處理;
6.3 對(duì)有大空間無柱需求的部位,如結(jié)構(gòu)跨度不大于30m,或室內(nèi)環(huán)境潮濕環(huán)境下可運(yùn)用預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)來解決混凝土大跨的承載力不足、裂縫開展過快、撓度過大的問題。
6.4 對(duì)有更大無柱空間需求的情況,可采用空間鋼結(jié)構(gòu)體系。
參考文獻(xiàn):
[1]GB50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2016年版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2016.
[2]JGJ7-2010 空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.