会展中心屋盖结构设计

会展中心屋盖结构设计

陈秋汝

绿地集团合肥美湖置业有限公司安徽合肥230051

摘要：随着社会经济蓬勃发展，人们的生活质量也有了明显的提高。在追求物质资料的同时，对于健康生活以及审美方面的内容也给予了更多的关注。会展中心作为大型活动的举办地，也是地区标志性建筑物之一，随着国家在相关方面投资的增多，很多大型会展中心开始实施修建。大悬挑钢屋盖工程是会展中心修建的重要一环，施工造型变化多端，能更好的满足百姓审美要求，符合建筑多元化建造的原则。因此文章结合实例，就会展中心屋盖结构设计展开分析。

关键词：会展中心；屋盖结构；设计

现如今，我国百姓的生活水平逐渐提高，运动健身逐渐成为了人们追求的最新的生活方式。会展中心作为大型场馆建设项目之一，是各地区施工的重点，从某种意义上而言，能够体现区域的总体发展状况。据调查，近5年，我国财政用于会展中心修建的开支逐年增多，很多地区新修建了全新的会展中心馆，且规模宏大，技术不断创新，造型别致。这些全新的建筑，能够满足百姓的审美诉求，让其成为地区标志性建筑，基本上多为大跨度、大空间的悬挑钢屋盖结构，这也是钢结构全面发展的重要表现形式。

一、工程概况

某会展中心项目位于高新区，总建筑面积16.389万m2。包含文化馆、影视中心、图书馆、健身中心、体育馆。体育馆主要作为篮球场，平面尺寸（含二层平台）约为116m×193m，标准柱网为8.4m×8.4m，地下一层，地上三层（局部设置夹层），建筑总高度29.05m，地上建筑面积2.4946万m2，可容纳观众6000人。会展中心剖面图如图1所示。

图1会展中心剖面图

二、主要计算参数

本工程建筑抗震设防烈度为Ⅵ度，设计地震分组为第一组，依据安评报告，水平地震影响系数最大值αmax取0.083；场地类别为Ⅲ类，场地特征周期取0.45s，罕遇地震时特征周期取0.50s。混凝土结构阻尼比取0.05，钢结构取0.04。50年一遇基本风压为0.45kN/m2，地面粗糙类别为B类，风荷载体型系数取1.4。本工程结构使用年限为50年，结构安全等级为二级，抗震设防类别为乙类。

三、结构体系与布置

由于建筑功能决定，主要结构构件沿周边布置，平面空旷。为有效提高结构整体抗侧刚度和抗扭刚度，结合建筑电梯及楼梯井筒的布局，于四个角筒及结构周边布置钢支撑，形成钢支撑-钢筋混凝土框架结构。为提高支撑框架的倾覆弯矩比例，在首层及地下一层增设部分交叉支撑。同时，为实现钢支撑中震不屈服及大震不屈曲的性能要求，在受力较大的部位设置16根承载型屈曲约束支撑，以保证结构具有更好的抗震性能。

屋盖采用双向钢桁架，X向跨度75.6m、Y向跨度84.0m，其中X向最大悬挑约10m，Y向最大悬挑约18m，悬挑桁架设置吊柱悬挂三层楼面。为提高屋面整体性，屋面上弦和下弦沿四周悬挑跨和支座内一跨布置封闭交叉支撑，并在桁架上下弦平面中部沿X向和Y向增设两道横向交叉支撑。悬挂楼盖采用钢梁+压型钢板+混凝土的组合楼盖，为防止悬挑楼盖产生平面内的侧移和扭转，在悬挑楼盖中部及端部第二跨设置水平交叉支撑。由于屋盖跨度和悬挑均较大，设计采用竖向阵型分解反应谱法进行竖向地震作用分析，进行抗震验算。对悬挂楼盖区域的不同构件施工模拟顺序进行手动定义，以与实际吻合；经计算分析，桁架上下弦中心线悬挑端高度为6.0m，中部高度为4.2m。弦杆采用方钢管，截面取400×600×20mm~400×600×40mm，斜腹杆及竖杆采用H型钢，截面从H400×400×16×16mm~H200×200×8×12mm不等，支座竖杆采用方钢管400×400×22mm。支撑屋盖的钢筋混凝土框架柱截面为1000×1200，中部位移水平变形较大的柱加大为1000×1600。框架柱顶部靠屋盖钢桁架拉结，并在框架柱顶标高位置设置一圈封闭钢筋混凝土梁，以加强结构整体性，钢屋盖支座采用固定铰支座。下部支撑看台的典型柱截面取600×600mm~800×800mm，钢筋混凝土结构，局部大跨度梁采用后张法有粘结预应力结构。看台斜板按实际建模，以考虑斜板的支撑作用。

四、钢桁架屋盖结构分析

钢结构屋盖采用双向钢桁架体系，设计考虑屋面恒载1.5kN/m2，活载0.5kN/m2（部分区域根据屋顶设备布置取为2.0kN/m2）。由于屋盖为大跨度且有大悬挑，结构整体计算分析时考虑竖向地震作用。竖向静力荷载作用下，钢结构屋盖悬挑端弦杆轴力最大，往跨中区域弦杆轴力先变小再变大；腹杆轴力从悬挑端往跨中逐渐变小。竖向地震作用下，跨中弦杆轴力最大，但由于跨中弦杆静力荷载作用下轴力较小，考虑竖向地震作用后杆件应力仍然维持在较低水平。变形方面，在竖向静力荷载作用下，钢屋盖周围悬挑端和跨中区域竖向变形最大。本项目由于屋盖悬挑段下挂楼面，设计中对悬挑段的挠度从严要求，按1/150控制。以Y向中部桁架为例，取恒载标准值和活载标准下的组合挠度，则跨中挠度为63.1mm，远小于挠度限值。对于桁架两端悬挑段，Y向悬挑端位移最大，其尽端挠度为51.2mm，亦小于挠度限值，说明屋盖的刚度满足规范要求。为分析温度作用对钢结构屋盖产生的内力和位移影响，采用MI－DASGEN软件进行温度应力分析。根据《建筑结构荷载规范》，并考虑钢结构屋盖合拢温度为20℃，取温差为±30℃计算。钢结构屋盖按两端固定铰接考虑。计算表明，由于支座的约束作用，在温度作用下，杆件内力无法通过支座移动释放，杆件内力发生变化，并使桁架产生附加位移，尤其在跨中位置产生较大的竖向附加位移。以X向中部桁架为例，其在升温工况下的附加位移和附加内力如图2和图3所示。

图3X向中部桁架升温工况杆件附加轴力（kN）

从图中可知：对于桁架弦杆，在跨中位置，温度作用引起杆件附加轴力较大，越靠近支座，附加轴力越小。而对于桁架腹杆，在跨中位置，温度作用引起杆件附加轴力较小，越靠近支座，附加轴力越大。由于支承屋盖的框架柱在桁架平面方向悬臂高度大（高10.5m），线刚度相对较柔，对桁架的约束小，故温度作用对桁架的影响整体而言较小。正是由于支承桁架的框架柱刚度较小，有必要对温度作用引起的框架柱附加弯矩进行验算。从图中可知，温度作用下，支座沿桁架平面内的水平附加位移为8.7mm，而柱底在同工况下的水平附加位移为1.0mm，由此可知由于温度作用下，屋盖的变形产生的柱顶附加位移为7.7mm，由此反算屋盖在温度作用下对柱产生的水平推力为221kN，则此框架柱柱底的附加弯矩约为2326kN•m，施工图设计时通过与其它荷载工况组合，以考虑温度作用对框架柱抗弯、抗剪的不利影响。

综上所述，该会展中心为钢筋混凝土框架-钢支撑体系，屋盖为双向钢桁架。本文介绍了该工程的结构体系及布置，并针对其超限特点，提出了抗震性能目标和针对性的加强措施，同时对钢结构屋盖进行了静力、地震作用和温度分析，计算结果表明该结构具有良好的抗震性能。

参考文献：

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