國(guó)際園林博覽會(huì)長(zhǎng)江文明館鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

胡俊華

一、工程概況

本工程為第十屆中國(guó)（武漢）國(guó)際園林博覽會(huì)長(zhǎng)江文明館，位于園博園的中心地帶，坐落于武漢市三環(huán)線南側(cè)約100米、古田二路東側(cè)1800米，為大跨度高空間結(jié)構(gòu)，建筑占地面積34000平方米，總建筑面積31080平方米，建筑高度13.1米。建筑主體地上一層，局部設(shè)夾層，場(chǎng)館部分為鋼框架，辦公部分(E區(qū)、G區(qū))為鋼筋混凝土框架，基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁。工程建筑效果見圖1所示。結(jié)合建筑平面布置及造型要求，通過設(shè)防震縫分為A、B、C、D、E、F、G七個(gè)結(jié)構(gòu)單元,結(jié)構(gòu)分區(qū)見圖2。

圖1 建筑效果

圖2 結(jié)構(gòu)分區(qū)示意

二、結(jié)構(gòu)選型

1.：A區(qū)南門廳屋面為雙層可呼吸式玻璃屋面，結(jié)構(gòu)立柱選用500x10無縫鋼管，與基礎(chǔ)剛接，鋼梁選用矩形鋼管桁架。桁架上下弦桿截面為矩管250x200x10,：斜腹桿為方管150x150x5,：豎腹桿為方管150x150x4，桁架與鋼管柱鉸接連接，材質(zhì)均為Q235B。

2.B區(qū)展廳，因建筑設(shè)計(jì)屋面為種植屋面，有覆土，屋面主梁跨度為25m，以及建筑專業(yè)對(duì)鋼柱造型的要求，結(jié)構(gòu)立柱選用箱型柱，翼緣和腹板厚度均為30mm，材質(zhì)為Q345B,立柱與基礎(chǔ)剛接，主鋼梁選用變截面箱型梁，腹板厚度為20mm，翼緣厚度為60mm,：材質(zhì)為Q390B,：梁跨中起拱：L/500，梁與柱鉸接連接。次梁選用熱軋H型鋼，材質(zhì)為Q345B：。結(jié)構(gòu)樓面采用壓型鋼板-混凝土非組合樓板。B區(qū)局部結(jié)構(gòu)平面布置見圖3所示。

3.C區(qū)中央展廳,因建筑設(shè)計(jì)屋面為屋頂平臺(tái)，沒有覆土，屋面主梁跨度也為25m,：結(jié)構(gòu)立柱選用：500x12無縫鋼管，與基礎(chǔ)剛接，主鋼梁選用等截面箱型梁，腹板厚20mm，翼緣厚30mm,：梁跨中起拱：L/500，與柱鉸接連接。次梁選用熱軋H型鋼，材質(zhì)均為Q345B：,樓面結(jié)構(gòu)形式同B區(qū)。

4.D區(qū)展廳結(jié)構(gòu)布置基本與B區(qū)左右鏡像對(duì)稱，在此不再贅述。

三、結(jié)構(gòu)靜力分析與計(jì)算

1.設(shè)計(jì)荷載取值

設(shè)計(jì)荷載是結(jié)構(gòu)分析的重要依據(jù)，取值的合理準(zhǔn)確將直接影響結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要荷載有永久荷載；可變荷載有活荷載、雪荷載、風(fēng)荷載以及地震作用。根據(jù)GB：50009-2012、GB：50011-2010(2016年版)，B區(qū)相關(guān)荷載及工況組合分別介紹如下:

（1）永久荷載：裝修荷載加上結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重(結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重由計(jì)算程序自動(dòng)計(jì)算)。

（2）活荷載：屋頂平臺(tái)為3.5KN/m2，屋頂采光天窗為1.0：KN/m2。

（3）雪荷載：基本雪壓S0為0.50KN/m2。

（4）風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓ω0為0.35KN/m2,地面粗糙度類別為B類。

（5）地震作用：本結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為6度(0.05g)，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，Ⅱ類場(chǎng)地土。

2.荷載工況組合

在荷載工況組合時(shí)考慮了以上所列各項(xiàng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值,根據(jù)GB50009-2012的要求，結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算分析及穩(wěn)定驗(yàn)算主要考慮以下幾種荷載組合工況：

（1）1.2：恒載；

（2）1.2：恒載：+：1.3地震荷載；

（3）：1.2：恒載：+：1.4活載；

（4）1.2：恒載：+：1.4風(fēng)載；

（5）：1.2：恒載：+：1.4：x：0.9：活載：+：1.4：x：0.9：風(fēng)載；

（6）1.2：恒載：+：1.2：x：0.5：活載+：1.3地震荷載。

3.計(jì)算結(jié)果

結(jié)構(gòu)分析采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院研發(fā)的PKPM以及同濟(jì)大學(xué)研發(fā)的3D3S按照前述荷載取值及工況組合，按GB：50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間整體分析。對(duì)主要受力桿件的應(yīng)力按鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的85%控制，本結(jié)構(gòu)主體鋼材主要采用Q345-B低碳合金鋼，即控制主要構(gòu)件的最大應(yīng)力不大于236Mpa。

計(jì)算時(shí)，先初步確定構(gòu)件材質(zhì)及截面，再經(jīng)過計(jì)算及結(jié)果信息反饋，最后再對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核、調(diào)整、計(jì)算和優(yōu)化，直至得到經(jīng)濟(jì)合理、安全適用的滿意結(jié)果。在計(jì)算中除按規(guī)范考慮有關(guān)荷載外，也考慮了由于施工誤差引起和可能發(fā)生的支座位移等,最終計(jì)算結(jié)果均滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定性和剛度要求。B區(qū)計(jì)算模型見圖4。

圖3 B區(qū)局部結(jié)構(gòu)平面布置圖

圖4 B區(qū)整體計(jì)算模型

四、結(jié)語

1.對(duì)于承受混凝土重樓蓋的大跨度結(jié)構(gòu)，采用全鋼空間結(jié)構(gòu)體系比較合理，抗震性能好，也可以兼顧建筑對(duì)結(jié)構(gòu)外觀造型流暢、美觀的要求。

2.采用三維空間計(jì)算軟件對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析，確保了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性和合理性。

3.結(jié)合工程特點(diǎn)設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)原則確定合理，能夠適應(yīng)結(jié)構(gòu)受力要求，與計(jì)算模型吻合。

4.該館于2015年9月25日正式投入使用，目前使用情況良好，表明設(shè)計(jì)中采用的各種計(jì)算方法和措施是切實(shí)可行的。