方小丹:各位前輩、各位領(lǐng)導(dǎo)、同仁,以下我代表上海世博會(huì)中國(guó)館國(guó)家館的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)來(lái)給大家匯報(bào)一下上海世博會(huì)中國(guó)館國(guó)家館結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的情況。
世博會(huì)中國(guó)館在世博會(huì)園區(qū)浦東區(qū)域主入口的位置,由國(guó)家館、地區(qū)館和港澳臺(tái)三部分組成。其中,國(guó)家館被稱為“東方之冠”,底部架空,展區(qū)部分層疊出挑,平面尺寸由底部的69.9米X69.9米,到了路面是134.4×134.4,整個(gè)中國(guó)館現(xiàn)在已經(jīng)超過(guò)了16萬(wàn)平方米。大致情況是這樣的,這是地區(qū)館部分,A區(qū)的是國(guó)家館的部分。
分布是這樣的,分成了國(guó)家館是獨(dú)立的。這是它的模型,從模型可以看到它的情況,地下是一層,頂上是兩層,是四個(gè)大柱子,由筒體這里展出一些斜撐,這個(gè)斜撐是用來(lái)支撐整個(gè)層層出挑的木桿,整個(gè)斜撐總共有20根。結(jié)構(gòu)是這樣的,整個(gè)體系是鋼筋混凝土筒體加上整個(gè)樓蓋的結(jié)構(gòu)體系。4個(gè)筒體18.6×18.6,四個(gè)落地筒除承擔(dān)豎向荷載外,還承載了地震荷載。20根斜柱是800×1500,厚度是35個(gè)mm。
樓蓋。樓蓋采用密肋梁,鋼筋桁架的模板,密肋梁和混凝土、樓板做成一個(gè)主的樓蓋,樓板的厚度是130厚。到了這個(gè)樓蓋,這個(gè)樓蓋是60.3,板厚是1.4,貼面這一層往外的推力還是比較大的,所以我們做了一個(gè)預(yù)應(yīng)力,昨天我在上面再檢查一下樓蓋的情況,整個(gè)樓蓋是130多米見(jiàn)方的樓蓋,到目前為止還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)什么裂縫,它的整個(gè)筒體非常大。
荷載。這個(gè)展區(qū)的荷載比較大。這是展廳的平面,在這個(gè)圖上可以看到。中間是四個(gè)筒體,然后是20根斜撐,這是它的一個(gè)剖面情況。這個(gè)樓梯間里面還有很多隔板在核心筒中間,因?yàn)槲覀円阋恍⿲娱g位移的東西,所以最后劃分成7個(gè)樓層,實(shí)際上里面還有很多隔板。
基礎(chǔ);A(chǔ)設(shè)計(jì)。它的基礎(chǔ)是采用罐注樁基礎(chǔ),樁48,我們用了一個(gè)420噸的承載力,后來(lái)加的時(shí)候加到11級(jí),到我們這個(gè)國(guó)家館這里由于地鐵方面的要求,非?拷芗易煺,這里用了一個(gè)350噸。所有這些樁的豎向承載力抗壓實(shí)驗(yàn)都可以滿足,都達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。
這個(gè)工程,我們?cè)诳拐鸱矫孢是作為比較重要的問(wèn)題來(lái)考慮。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期是50年,結(jié)構(gòu)耐久性是1百年。建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)。我們目標(biāo)是這樣的。結(jié)構(gòu)處于彈性階段,中震斜柱處于彈性。我們一般做設(shè)計(jì)的時(shí)候都是這么控制的,一般控制在0.2個(gè)SCK里面,如果是這樣控制的話,你做彈性分析,或者是動(dòng)力分析的時(shí)候絕對(duì)不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。
這是一些參數(shù),大家從3個(gè)曲線中可以看到,上海規(guī)程地震作用是最大的,我們結(jié)構(gòu)周期1.4秒左右,1.41,1.41秒左右,安評(píng)報(bào)告是最小的,然后國(guó)家規(guī)范,安評(píng)報(bào)告,按照國(guó)家規(guī)范安評(píng)報(bào)告是最小的,為什么小呢,在短周期的時(shí)候最大標(biāo)準(zhǔn)還是大的,但是衰減期比較快,做出來(lái)的衰減是比較大的,我們覺(jué)得或是做得不錯(cuò)的,實(shí)事求是把這個(gè)數(shù)字做出來(lái),因?yàn)檐浌沁@么厚,衰減肯定是大的。最后是考慮到它是一個(gè)比較重要的結(jié)構(gòu),最后我們還是用一個(gè)上海規(guī)程來(lái)做設(shè)計(jì),而不是用安評(píng)的結(jié)果,做出來(lái)的結(jié)果會(huì)偏于安全一些,底部的剪力也會(huì)比較大一些。
整個(gè)結(jié)構(gòu)的基本數(shù)據(jù)是這樣的,低振型是一個(gè)扭轉(zhuǎn)振型。用好幾個(gè)程序算出來(lái)都扭轉(zhuǎn)振型,1.41、1.46,這個(gè)零點(diǎn)的位移角度是比較小的,集體的剪力,因?yàn)槲覀兩虾S玫膱?chǎng)地是室外場(chǎng)地,這個(gè)是0.9秒,如果是安評(píng)是0.7,我們用了0.9秒,這個(gè)結(jié)構(gòu)還是比較單的。大家看到最大層間位移要跟我們做的振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)還是比較接近的。
底下是對(duì)扭角振型是低振型來(lái)做一個(gè)討論。算下來(lái)的結(jié)果是這樣的,結(jié)構(gòu)的抗剪承載力是由剪力墻提供的,都承載于核心筒上,相對(duì)18.6見(jiàn)方的結(jié)構(gòu)上面是非常小的,所以主要是剪力墻來(lái)提供,四個(gè)筒體剪力墻沿豎向連續(xù),沒(méi)有突變,結(jié)構(gòu)剛性比為19.1,非常穩(wěn)當(dāng),滿足不小于1.41的要求。這是19.1,加強(qiáng)部位本來(lái)就控制在0.4以下,現(xiàn)在安評(píng)是0.3左右,最不利地震作用方向?yàn)樨?fù)17度,其計(jì)算結(jié)果與X、Y、45°方向的計(jì)算結(jié)果接近。在考慮偶然微型地震的偏向地震作用下最大的水平位移,樓蓋豎向構(gòu)件的最大水平位移為屋面兩端豎向構(gòu)件彈性水平位移平均值的1.18倍,小于1.2,所以看到這個(gè)結(jié)構(gòu)雖然扭轉(zhuǎn)振型是低振型,但是轉(zhuǎn)位移小于1.2,如果是按照規(guī)定評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)來(lái)講還是屬于扭轉(zhuǎn)固定不規(guī)整的結(jié)構(gòu),但是扭轉(zhuǎn)振型是低振型。
接下來(lái)對(duì)扭轉(zhuǎn)振型是低振型做一些討論。為什么扭轉(zhuǎn)振型是低振型呢,大家可以看到這個(gè)樣子,層層出挑導(dǎo)致質(zhì)量和分布范圍越來(lái)越大,轉(zhuǎn)量大了以后盡管扭轉(zhuǎn)難度是非常大的,所以扭轉(zhuǎn)周期就變成了低周期。以下通過(guò)位移看一下是否可以滿足規(guī)范的要求,實(shí)際上是可以滿足規(guī)范要求的,只是這個(gè)結(jié)構(gòu)是好,還是不好的問(wèn)題。我們把這個(gè)核心筒一個(gè)方向的剪力墻削弱了,我們做一個(gè)研究,把削好的墻做成這樣,中間的剪力墻去掉,這樣我們削弱它的剛度,第一個(gè)周期就平動(dòng)周期變成了1.7,扭轉(zhuǎn)變成了1.26,這樣是可以滿足要求的,周期里面是0.87,但是頻剛度減少80%,增大了一倍,而且原本為基本對(duì)稱布置的抗側(cè)力構(gòu)件認(rèn)為變成不對(duì)稱的布置,對(duì)結(jié)構(gòu)抗震也是不利的。
我們覺(jué)得整個(gè)結(jié)構(gòu)整體變形是各個(gè)結(jié)構(gòu)上面變形協(xié)調(diào)的結(jié)果。這個(gè)工程是4個(gè)平面尺寸,18.6M×18.6M,結(jié)構(gòu)平面規(guī)則對(duì)稱,總這個(gè)計(jì)算中可以看到單個(gè)混凝土為平均水平的1.1倍,可見(jiàn)筒體的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)是不明顯的。所以可以看到抵抗扭轉(zhuǎn)不是筒體本身的扭轉(zhuǎn),而是一個(gè)平動(dòng),也就是說(shuō)像太陽(yáng)公轉(zhuǎn)一樣的,而由公轉(zhuǎn)來(lái)抵抗扭角,而不是由自轉(zhuǎn)來(lái)抵抗扭轉(zhuǎn)。
另外,這次可以看到一個(gè)數(shù)據(jù),雖然扭轉(zhuǎn)振型是低振型,但是第一扭轉(zhuǎn)振型引起的扭矩僅為第一平均振性考慮偶然偏向引起震振型的百分之十一。雖然扭矩周期是低周期,但是扭轉(zhuǎn)反應(yīng)必然會(huì)嚴(yán)重,對(duì)結(jié)構(gòu)的判斷影響不大,最后也證明了這一點(diǎn)。當(dāng)時(shí)我們?cè)谟懻撨@個(gè)問(wèn)題的時(shí)候在想要不要限制周期的問(wèn)題,我們對(duì)這個(gè)問(wèn)題有一些討論,但是我們感覺(jué)不應(yīng)該。
這個(gè)扭轉(zhuǎn)振型是靠本身動(dòng)力特性的問(wèn)題,它不見(jiàn)得是扭轉(zhuǎn)剛度的問(wèn)題,扭轉(zhuǎn)引起什么樣的后果呢,如果你扭轉(zhuǎn)剛度做得非常大,那一樣引起的扭矩也會(huì)大,你小的話扭矩也會(huì)小,因?yàn)榕まD(zhuǎn)剛度大的話一定會(huì)變形,所以扭矩就會(huì)大,這是很顯然的現(xiàn)象。所以我們覺(jué)得關(guān)鍵還是要考慮你這個(gè)結(jié)構(gòu)能不能吸引它這個(gè)變形,我覺(jué)得這才是一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。包括位移點(diǎn)的控制,1.2、1.4、1.5、1.6、,拿一個(gè)極端的例子來(lái)講,如果你平動(dòng)剛度的話,只有連著兩個(gè)扭轉(zhuǎn),那扭轉(zhuǎn)位位移就是無(wú)窮大,1.4、1.5、1.6,無(wú)窮大,所以這方面還是要做多一點(diǎn)的研究。
我們這個(gè)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)的時(shí)候是這樣的, 1)通過(guò)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度,從而控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)變形,從對(duì)比分析可以看出結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度增大后,扭轉(zhuǎn)角約減少了49%,結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)位移比小于1.2,滿足了規(guī)范關(guān)于扭轉(zhuǎn)規(guī)則性指標(biāo)的要求。2)在各混凝土筒體的轉(zhuǎn)角部位設(shè)置方鋼管,除方便與鋼管混凝土斜柱的連接,緩解局部的應(yīng)力集中外,更主要的是可提高混凝土筒體的極限變形能力,提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。3)剪力墻的抗震等級(jí)提高至特一級(jí),適當(dāng)提高底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻的配筋率至0.6%,控制筒體剪力墻在大震彈性作用下的剪應(yīng)力水平不大于0.1fck,控制筒體剪力墻的軸壓比不大于0.4,連梁內(nèi)增設(shè)型鋼。4)加強(qiáng)建筑外圍的桁架與斜柱的連接。
想到的措施我們都考慮了,所以這個(gè)結(jié)構(gòu)非常地穩(wěn)當(dāng)?shù)摹?/p>
再有一個(gè)問(wèn)題就是層間的剛度。如果是按照國(guó)家規(guī)范來(lái)講,樓層的側(cè)向剛度比值是0.33,但其根本原因在于層高差別較大,實(shí)際上四個(gè)筒體的截面尺寸由下至上保持不變,連梁位置也是基本不變,這么一個(gè)懸蓋梁,層高是隔板的間距,也就是說(shuō)層高給除掉了,但是不管怎么說(shuō),因?yàn)橐獞?yīng)付一下施工圖審查這些,因?yàn)闀r(shí)間非常的緊張,我們還是放大了1.6倍,就算放大1.15倍,也不會(huì)增加這個(gè)鋼,因?yàn)槲覀兗袅λ奖旧砭捅容^低,所以增加1.6倍也不會(huì)增加什么鋼筋,也不會(huì)增加什么容量。
我們考慮到這個(gè)工程比較重要,斜柱這也是一些專家關(guān)注的地方。實(shí)際上這個(gè)斜柱我們覺(jué)得它是最安全的,為什么呢,因?yàn)檫@個(gè)斜柱的軸力恒載、活載加起來(lái)小震1千多kN,大的2千多kN,小震引起的軸力非常小,到中震也非常小,加起來(lái)不超過(guò)它的20%,小震引起的彈性軸力發(fā)生的豎向荷載,不超過(guò)它的20%,到中震的話不超過(guò)25%。
連梁。中震下,剪力墻連梁的最大剪壓比不超過(guò)0.1,中震的時(shí)候也不會(huì)有什么破壞。罕遇地震的時(shí)候會(huì)破壞,但是到罕遇地震要不破壞也是可以做得到的。這個(gè)工程我們還做了一個(gè)彈塑性的靜力分析,對(duì)于大震作用下結(jié)構(gòu)的彈塑性靜力分析,分別采用的倒三角形和矩形分布模式側(cè)推荷載,求得的需求層間位移角為1/319和1/354,均遠(yuǎn)小于1/100的要求。從分析看到由于連梁塑性鉸的不斷出現(xiàn),各墻肢受力趨于均勻,在過(guò)了大震下的需求點(diǎn)后,又繼續(xù)給結(jié)構(gòu)施加一個(gè)較大的位移,剪力墻仍未破壞。
我要在這里簡(jiǎn)單地說(shuō)一下,現(xiàn)在有一些疑問(wèn),就是這個(gè)剪力墻行不行啊,有什么問(wèn)題啊,實(shí)際上動(dòng)力墻很大的問(wèn)題是什么呢,就是最基本的理論要搞清楚,但是很多東西沒(méi)有搞清楚,經(jīng)常是這樣的,這個(gè)動(dòng)力墻還有一個(gè)缺點(diǎn),大家統(tǒng)計(jì)下來(lái)不是那么太穩(wěn)定,靜力彈塑性還不是很穩(wěn)定,所以在目前的情況下我覺(jué)得還是可以有這么一個(gè)替代的一種方法,就是用動(dòng)力彈塑性,它有一個(gè)比較好的穩(wěn)定性,是偏安全的,你要是彈塑性做出來(lái)不行,那靜力彈塑性肯定就不行了,如果是做出來(lái)是行的話,那靜力彈塑性也行。
因?yàn)闀r(shí)間的關(guān)系,就講一下模擬地震振動(dòng)臺(tái)的實(shí)驗(yàn)?紤]到還是比較接近的,包括扭轉(zhuǎn)力還是比較接近的,其他一些穩(wěn)定啊,還有樓蓋舒適度方面我想可以看一下文章,因?yàn)闀r(shí)間不夠了。
還剩下2、3分鐘,講一下樓蓋的舒適度,現(xiàn)在樓蓋舒適度沒(méi)有什么規(guī)范的規(guī)定,現(xiàn)在大家可以參考文獻(xiàn)來(lái)做一些分析。我們有什么感覺(jué)呢,就是對(duì)這個(gè)跨度比較大,荷載比較大的結(jié)構(gòu)來(lái)控制它的頻率不要小于3個(gè)赫茲,就是人行天橋的規(guī)定,這是比較困難的。實(shí)際上我們覺(jué)得控制它的豎向加速度還是比較合適的,那怎么做呢,我們有很多種方法,我們的做法是做一個(gè)白噪聲看一下樓蓋的反應(yīng),做下來(lái)是0.03,遠(yuǎn)小于一般的0.15,所以這個(gè)效果還不錯(cuò),至于這個(gè)周期還是比較接近的,我們是3.0,那是什么樣的問(wèn)題呢,你在樓面上跳啊,什么的都沒(méi)有什么反應(yīng),主要是因?yàn)樗闹骺狗浅4,這樣控制它的加速度更好。
因?yàn)闀r(shí)間不太夠了,我就不耽誤大家的時(shí)間了,所以給大家介紹到這里。