強化抗風及抗震式標志塔結構設計范文

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摘要：以某海洋王國的標志塔為例子，提出一種具有結構剛度大、抗風及抗震能力強特點的高層標志塔結構體系，并且建立模型，驗算結構體系的合理性。結果表明該結構變形和強度均滿足要求，各項計算指標良好，有效地解決現有的高層標志塔結構存在結構剛度低、耐地震能力差等問題，為同類型工程提供參考。

關鍵詞：切片層結構；構筑物；鋼筋混凝土結構；高層標志塔

引言

隨著旅游業的快速發展，各地不斷涌現各種主體游樂園。游樂園為了突出自身特點，均會設計地標式的標志物，該類標志物形狀奇特，而且有追求高、大的趨勢。隨著標志物的發展，國內已出現60m以上的標志塔，并且兼顧表演功能，該類標志塔已經達到超高層建筑結構高度，對風和地震敏感，若發生安全事故會對人民生命財產和社會輿論產生較大影響。現有技術中，傳統的公園標志物多采用鋼網編織外噴混凝土、玻璃鋼一體成型或拼裝成型，稍大型標志物采用輕鋼骨架內支撐。由于此類輕鋼骨架內支撐的抗風、抗震能力較弱，因此無法滿足超大型標志物受力需要，存在結構剛度低、耐地震能力差等安全隱患。本文就某海洋王國內標志塔的一個實際工程案例，介紹一種強化抗風及抗震式構筑物結構體系，為類似工程提供合理的建造措施。

1工程實例

本工程為珠海橫琴某海洋王國ICON標志塔結構，作為全園區的制高點，該標志塔外形為一條躍出水面的巨型鯨鯊，鯨鯊雕像高度約65m，標志塔的特殊造型需要與外立面造型包裝專業進行結構的配合。由于鯨鯊構造物造型復雜，結構的最初方案是主體骨架采用鋼結構，但綜合考慮由于靠海邊，第一點是鋼結構怕腐蝕，需經常維護；第二點是海邊經常有臺風，風荷載大，故改為采用混凝土框架結構［1-2］。經過一系列計算分析，采取層層轉換結構體系，混凝土結構盡量做至外表皮邊線，減少二次結構范圍，減少預埋件。另外標志塔表皮采用不銹鋼壓制而成，與二次鋼結構連接，最終實現圖1效果。

2結構布置方案

［3］由于所述高層標志塔結構整體呈立式鯨鯊狀（見圖2），從標志塔底面到10m處為樓層結構，可設大型展館，采用框架結構體系。10m以上為鯨鯊標志塔塔體部分，從10m處開始，每隔4m設置一個切片層，共設的14個切片層、形成切片層結構，各個切片層相隔為4m，每個切片層的構造、形狀均對應建筑設計圖在對應高度的水平截面形狀，所述的切片層結構由鋼筋混凝土施工固定，各個切片層和各種梁柱構成了基本框架結構的梁柱結構，基本框架結構的固定與支承部分還包括了剪力墻結構、斜撐和局部轉換結構，在施工過程中切片層結構配合剪力墻結構、斜撐與局部轉換結構，將復雜的空間造型簡化為樓層結構，基本框架結構的施工逐層進行，下層的切片層實現施工后為上層的切片層提供受力支點和施工平臺。

2.1主體部分具體設計

參照圖2，本標志塔的基本框架包括梁柱結構、剪力墻結構、斜撐及局部轉換結構和切片層結構。外部造型結構由幕墻輕鋼結構構成。位于第10m、第14m和第18m位置的切片層為長方形結構，如圖3所示：各長方體結構的4個角和4條邊的中間位置設有柱連接端，各長方體結構設有2個等邊式“L”形剪力墻邊，各長方體結構4條邊中間位置的柱連接端通過鋼筋連接、形成加強型連接結構；在第10m、第14m位置的長方形結構中非剪力墻邊位置的框體內各設有鋼加強框，在第18m位置的長方形結構中剪力墻邊位置的框體內各設有鋼加強框；2個等邊式“L”形剪力墻邊構成向上延伸剪力墻基礎。位于第22m高位置的切片層，如圖4所示：包括一梯形框和一三角形框，梯形框和三角形框具有相同的底邊，梯形框中分為長方形框體和梯形框體，在長方形框體和梯形框體，在長方形框體和梯形框體的角位各設有柱連接端，在三角形框的頂角和底角各設有柱連接端。長方形框體內設有鋼加強框，長方形框體構成向上延伸剪力墻基礎。

3結構方案優勢

⑴本標志塔結構的基本框架包括梁柱結構、剪力墻結構、斜撐及局部轉換結構和切片層結構。切片層結構由若干個切片層構成，切片層等間距設置并通過梁柱結構定型，各切片層的構造不同、形狀各異，在二切片層之間各設置剪力墻、形成剪力墻結構，在構造不同、形狀各異的切片層之間設置斜撐及局部轉換梁，構成斜撐及局部轉換結構。通過梁柱結構、剪力墻結構對切片層結構的定型及加強連接，以及通過斜撐及局部轉換結構對構造不同、形狀各異的切片層的加強連接，構成強化抗風及抗震結構。因此能夠解決現有的高層標志塔結構存在結構剛度低、耐地震能力差等問題，具有結構剛度大、抗風及抗震能力強等空出的有益效果［4，5］。⑵本結構采用等距截面的方式，將高層復雜結構的標志塔轉換為平樓層結構，采用傳統成熟的混凝土施工工藝實現施工，降低了對施工團隊的技術要求，并且大大降低了施工工期和工程造價，在結構定位方面，也降低了復雜結構的定位難度，采用等距截面的方式對標志塔作大致規劃，并通過常規框架和剪力墻結構將標志塔簡化，類似樓層結構的施工方式大大降低了施工難度和工程成本。⑶在外部造型上，選用了幕墻輕鋼結構施工技術進行施工，對于較復雜的結構部分采用輕鋼結構骨架施工技術，輕鋼結構骨架支撐在各個切片層混凝土結構上，有效減低鋼結構支承跨度，由于等距截面結構的存在，整個外部造型施工更方便，也便于對局部的整改或優化，提高了標志塔的外觀美感，更吸引游客眼球，具有較強的可觀賞性。［6，7］⑷與傳統鋼網編織外噴混凝土、玻璃鋼一體成型和拼裝成型的結構對比，本結構的受力上限大有提升，在滿足超大型標志物的受力需求的前提下，具有更強的穩固性，耐地震，耐颶風，達到了更高的標志物安全性能指標。

4計算結果分析

［8-10］本工程采用中國建筑科學研究院編寫的《高層筑結構空間有限元分析與設計軟件（SATWE）》［11］用CQC法對結構進行整體分析。

4.1指標計算結果

結構整體計算模型如圖5所示。經過計算得到圖6為結構前三階振型圖。⑴根據表1可以看出前三階周期分別為1.33s（Y向平動），0.97s（X向平動）和0.53s（扭轉），周期較短，證明結構整體剛度比較大，而且周期比為0.4，滿足文獻［3］第3.4.5條小于0.9的要求。⑵最大位移與平均位移，最大層間位移角與平均層間位移角的比值是單向地震，考慮偶然偏心下的結果。其最大層間位移角小于1/650，滿足文獻［12］第3.7.3條要求（見表2）。⑶所有樓層剪重比均大于1.6，滿足文獻［1］第5.2.5條要求（見表3）。⑷計算振型數取12個，X、Y向質量參與系數分別為96.63%，99.50%，均大于90％，滿足規范要求。

5結語

綜上所述，本標志塔結構體系不僅有效地解決外部造型配合復雜，施工難度高，工程造價高等一系列問題。而且按空間整體工作進行彈性分析，同時根據計算分析結果和概念設計方法，對關鍵和重要構件作了適當加強，以保證在地震作用下的延性。該計算結果表明各項指標均良好，滿足多遇地震下彈性要求，達到“小震不壞”的第一水準抗震性能目標，同時滿足國家規范要求，表明結構設計是可行且安全的。

參考文獻

［1］建筑抗震設計規范：GB50011-2010［S］.北京：中國建筑工業出版社，2010.

［2］混凝土結構設計規范：GB50010-2010［S］.北京：中國建筑工業出版社，2011.

［3］高層建筑混凝土結構技術規程：JGJ3-2010［S］.北京：中國建筑工業出版社，2010.

［4］胡志廣.高聳結構風荷載的簡化計算［J］.山西建筑，2013，39（24）：54-55.

［5］王贊芝，江林雁，江培信，等.高聳結構風效應通用分析方法［J］.工業安全與環保，2011，37（7）：37-38+44.

［6］鋼結構設計規范：GB50017-2013［S］.北京：中國計劃出版社，2003.

［7］張耀春.鋼結構設計原理［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［8］非明倫，周光全，余慶坤，等.高聳結構地震動力分析［J］.地震研究，2007，30（3）：281-284.

［9］陸道淵，徐麟.青島海爾集團觀光標志塔結構分析［J］.建筑結構，2004，34（11）：43-46.

［10］魯莉，崔鴻超，陳明.巨型佛像結構設計與蒙皮效應探討［J］.建筑結構，2013，43（16）：35-38+34.

［11］楊星.PKPM結構軟件從入門到精通［M］.北京：中國建筑工業出版社，2008.

［12］高層建筑混凝土結構技術規程（廣東省標準）：DBJ15-92-2013［S］.北京：中國建筑工業出版社，2013.

作者：王偉江 余楚江 劉薇 單位：廣州市設計院