『研之有物』我院结构设计团队力作:中山大学多学科楼“超长无缝复杂结构”闪耀学府

2023-09-08 16:50:00

1.动图

“如果你真的想做一件事情,那么就算障碍重重,你也会想尽一切办法去办到它,但若是你没有意识到要去完成一件事情,那么纵使前方道路平坦,你也会想尽一切理由阻止自己向前”。感谢中大校方和代建方华发华昕公司的大力支持,让我院在中山大学多学科楼的设计中得以成功应用高性能“超长无缝复杂结构”


前言

近年来,随着我国社会经济蓬勃发展,各类大型综合建筑越建越多,许多公建主体单元的平面尺寸长度均超八九十米以上,建筑形态也愈趋复杂。一方面,不论是建设方、建筑方案设计都不希望多设置结构缝,甚至是不设缝;另一方面,鉴于建筑结构平面和立面的复杂性,常通过设结构缝(多为抗震缝)以简化结构的复杂程度,避免形成抗震超限建筑,进而缩短设计周期和相应简化结构设计。本期『研之有物』,将对我院结构设计团队在“中山大学珠海校区多学科交叉平台楼”(以下简称“中大多学科楼”)项目中所面临的结构挑战与技术创新进行专题分享

△航拍视频


01 项目简介

中大多学科项目位于中山大学珠海校区内,该项目总建筑面积为56500平方米,地下1层,地上12层,建筑高度52.5米。将为测试中心珠海平台、珠海校区海洋科学研究中心、生物医药工程中心、食品安全检测中心提供完善的教学科研条件。

3.图片1

△中大多学科楼现貌


02 建筑“结构缝”小知识

结构缝系指为避免温度胀缩、地基沉降和地震碰撞等而在相邻两建筑物或建筑物两部分之间设置的伸缩缝、沉降缝和防震缝等的总称。常规以伸缩缝(常兼抗震缝)居多,能够有效消解超静定结构中膨胀(或收缩)变形,对建筑起到安全保护作用。但伸缩缝也是一把双刃剑,会产生诸多不利影响

1、设置了伸缩缝会影响建筑立面效果,有的也影响室内装修效果;

2、设置了伸缩缝会让建筑丧失整体性与平顺性,抗震性与体验感降低;

3、设置了伸缩缝会让建筑防水难以稳妥解决,长期可能会影响建筑安全。

4.图片2

△常见的建筑伸缩缝


03 本项目设计挑战

《混凝土结构设计规范》中规定了常用混凝土结构的伸缩缝最大间距:现浇框架结构55米;现浇剪力墙结构45米。本项目建筑形态属于围合体系,最小结构短面已超过80米,结构超长。常规设计通常通过设置4道或5道结构缝,将结构分为独立的相对简单的结构单元,以规避建筑超限;但每个结构单元的抗侧力结构体系在长短轴方向不协调,短轴偏弱和不安全,且抗侧力构件(剪力墙)布置不均衡。如果不设置分缝,则有利于建筑使用效果和提高结构整体抗震性能,但作为一个结构整体,存在多个一般不规则项,需做超限高层建筑工程抗震设防专项审查,设计的复杂性加大以及设计周期会相应延长。

最终在我院设计团队的建议下,经各方一致研究决定,本项目采用不设置分缝的结构方案,适当延长设计周期进行超限高层建筑工程抗震设防专项审查,以实现更好的建筑使用效果与结构整体抗震性能。

5.图片3

△整座建筑实现无缝


04 结构设计措施

中大多学科楼项目高度不超过 A 级适用高度,存在着一般不规则项目总计 5项:扭转不规则、凹凸不规则、楼板不连续、刚度尺寸突变、构件间断,需做超限高层建筑工程抗震设防专项审查。

针对工程的超限情况,在进行多遇地震下弹性分析的同时,根据《抗规》中对结构提出的“小震不坏,中震可修,大震不倒”的抗震设防目标,进行结构抗震性能化设计。结构抗震性能目标按照广东省《高层建筑混凝土结构技术规程》(DBJ15-92-2013)第3.11 节内容执行。设定其结构抗震性能目标为 C 级,另外,对于关键构件中的转换梁、转换柱,提高其中震作用下的性能水准为2,大震作用性能水准为3。

6.图片4

△性能水准及构件在各地震水准下的损坏程度表

7.图片5

△无缝结构体系

根据以上结构抗震性能目标,进行整体弹性分析、楼板应力分析、小震阶段弹性时程分析、中震阶段分析、大震弹塑性分析,整体模型指标满足性能目标要求及规范要求,并且对应进行抗震加强措施。

8.图片6

△强有力的结构设计保障方案的高实施度


结语

在高度信息化的时代,建筑技术与工艺已得到极大的发展,但理论与实践、规范与适用之间始终存在差距和挑战,有时候,我们应给自己“找一些麻烦”,结构设计师在每个项目实施过程的创新与突破,将是建筑走向成功的强有力保障,也是建筑师方案创作灵感的沃土,更是检验一切理论的唯一标准。本期以“中山大学多学科楼”项目为例,分享了“超长复杂无缝建筑结构应用”,后续我院结构设计团队将继续分享更多项目的专题研究,欢迎持续关注。


撰稿 | 技术管理委员会、云建筑工作室、设计部


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