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西安曲江国际会议中心结构设计

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西安曲江国际会议中心属特别不规则建筑,是集混凝土、钢结构、型钢混凝土、钢管桁架等为一体的大型综合体建筑。采用了40m跨的型钢混凝土桁架作为竖向转换构件;运用多种不同形式的空间钢管桁架构成高低起伏的波浪形屋面;主桁架采用了部分滑动支座。
 
 
 1   工程概况
西安曲江国际会议中心位于西安曲江国际会展产业园区。工程基底尺寸232m×90m,总建筑面积76868m2。项目与国际展览中心完美结合,是集宴会、会议、多功能厅为一体的大型综合性建筑。图1是会议中心设计效果图。工程地下1层,地上7层(5~7层为报告厅楼座部分)。地下1~地上5层层高均为5.4m6层层高5.60m7层层高13.135m,建筑顶标高46.135m

2   主体结构选型
工程建筑方案来自德国GMP国际建筑设计有限公司。2是会议中心沿纵向的局部剖面图。主体主要分为门厅区、宴会厅区和报告厅区三大部分。工程主体结构采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构,如图3所示。本工程主报告厅位于3~6层,主体结构采用全钢结构体系。4为会议中心报告厅楼座现场组装图。

3   局部转换构件设计
3.1  局部转换构件概况
西安曲江国际会议中心1层为同时容纳3500人的宴会及展览大厅,建筑功能要求按40m净跨无柱设计从而形成92.4m×40m开阔大空间。1819轴水平承重构件除承担由15~18轴、19~22轴跨度25.2m的钢梁传导的荷载外,还承担4~6层钢结构看台传导的荷载以及7层的水箱间和冷却塔的荷载,为典型的局部转换构件。图5为转换构件立面布置示意图。图61819轴转换构件平面布置图。

设计过程中对4种不同腹杆布置方式的桁架模型进行比较分析:模型1(空腹桁架模型)、模型2(人字形腹杆模型)、模型3(人字形+竖杆模型)、模型4X+竖杆模型)。经计算分析得出:X+竖杆模型(模型4)无论在自身杆件内力控制还是转换结构挠度裂缝控制方面,以及底部支撑结构和整体结构受力各方面均具有其他模型不可比拟的优势,这种腹杆布置方式的桁架非常适宜类似本工程这样的超大跨度转换结构。
 
3.2 型钢混凝土转换桁架的设计
经计算分析本工程转换桁架采用型钢混凝土结构。桁架上、下弦杆各节间均为互相刚接,斜腹杆与上下弦杆也为刚接。下弦杆按偏心受拉构件设计;上弦杆按偏心受压构件设计;斜腹杆按轴心受压构件或轴心受拉构件设计。718轴型钢混凝土转换桁架设计详图。

 
本工程转换桁架下部支撑结构在设计时采取了以下措施:1)作为转换桁架下部支撑结构的剪力墙端部和中部分别设置截面尺寸为900×900型钢混凝土柱;2)转换桁架的上、下弦杆件进入支撑体系并一直延伸至混凝土剪力墙筒体的远端;3)混凝土剪力墙筒体除按计算要求(并满足规范最小配筋率)配置水平向及竖向分布钢筋外,从基础顶至转换桁架下弦设置X支撑,X支撑与进入支撑体系的转换桁架的上、下弦杆件、剪力墙端部和中部分别设置的型钢混凝土柱的钢骨部分焊接在一起,在混凝土剪力墙筒体中形成钢骨桁架。作为转换桁架下部支撑结构的混凝土剪力墙筒体成为内藏钢桁架的混凝土剪力墙结构。
 
4   屋盖结构体系
工程的屋盖建筑外形呈长方形,长193.2m,宽90m,立面标高为25.3~46.135m。结构由南北向的正三角空间钢管桁架构成结构主体桁架,每榀桁架采用16个特质支座支承在南北两端钢筋混凝土墙和柱上,主体桁架最大长度为90m,最大管径为610×25;主桁架之间采用最大跨度为33.6m的倒三角变截面空间钢管次桁架连接,构成屋面的弧线造型,屋盖东西侧各有5榀侧悬挑跨度达7.95m的管桁架,南北侧各有6榀侧悬挑4.5m的管桁架;立面标高变化较大处的曲面屋顶部分由箱形片式桁架及局部钢管网架组成。通过和局部片式桁架及网架的连接,将结构的受力体系化繁为简,从而形成错落有致的多层次曲面屋顶。图8、图9分别为钢屋面结构平面布置和纵向剖面图。
 
整个屋盖体系通过沿结构宽度方向的4榀正三角形钢管桁架支承在下部钢筋混凝土核心筒上,每个桁架和核心筒通过16个支座连接。考虑到主桁架跨度较大,为了避免温度应力对下部结构的影响,将主桁架沿长度方向一侧的8个支座节点释放两个水平方向的约束;另一侧支座节点除一个完全固定外,其余7个节点释放沿桁架长度方向的约束,使其能够产生滑动以释放温度应力,如图10所示。
 
采用ETABS建立整个屋盖体系的计算模型,在支座的相应位置设置约束,通过计算求出每个支座上的反力,将其作为支座设计的指标和下部混凝土结构传递荷载的依据。图1112分别为单向滑动支座示意图及现场照片。
 
 
更多内容详见《建筑结构》杂志20146期(3月下)两篇文章:《西安曲江国际会议中心结构设计》,作者:王  进,荆  罡,李春光,曾凡生,张顺强,单位:中国建筑西北设计研究院;《西安曲江国际会议中心型钢混凝土转换桁架设计》,作者:李春光,王  进,曾凡生,张顺强,荆  罡,单位:中国建筑西北设计研究院。

作者: 来源: 发布时间:2014年02月14日