空间屋盖连体结构设计方法的工程应用

空间屋盖连体结构设计方法的工程应用

摘要：近年来我国出现了许多复杂的连体结构，表现形式主要分为空间屋盖连体结构和水平连廊连体结构两种。某已建工程为由三个混凝土单体及上部空间桁架组成的屋盖连体结构，针对此类连体结构，采用多个软件进行了总装与拆分模型的模拟，考虑各部分的相互影响，进行包络设计；同时对关键构件进行抗震性能设计，使结构能够实现预定的性能目标。总结空间屋盖连体结构设计方法，可为类似的空间屋盖连体结构提供技术参考。

关键词：连体结构；空间桁架；包络设计；性能设计

1 概述

随着对建筑美观与功能多样性要求的提高，我国出现了越来越多的复杂结构，其中连体结构占了较大的比例。连体结构可分为两大类，分别为空间屋盖连体结构和水平连廊连体结构。空间屋盖连体结构，其特点为多塔体系共同使用一大屋盖，各体系为屋盖提供支点，在如罩子的空间屋盖的连接下各单体存在一定的联系，已建成的凤凰国际传媒中心、苏州中心大鸟项目等均为此类连体结构[1]；水平连廊连体结构，其特点为多塔体系由一个或多个连廊在高度范围内相连，在如纽带的水平连廊的连接下各单体存在一定的联系，上海国际中心、北京当代MOMA等建筑均采用了此类结构体系[2 - 3]。

本文以徐州保税物流中心卡口工程屋盖连体结构为例，通过借鉴和调整水平连廊连体结构的设计方法，采用多模型分析、包络设计等手段进行设计，对空间屋盖连体结构设计方法进行探究并得出结论。

2 工程概况

徐州保税物流中心工程为淮海经济区现代物流服务枢纽建设内容之一，该项目被列为江苏省“十、百、千”行动计划重点项目、徐州市重大产业项目、徐州市服务业重点项目。作为该重要工程的主入口，该卡口无论从功能上还是造型上都有很高的要求。

该工程由下部三个混凝土框架结构及上部空间桁架屋盖组成，形成典型的空间屋盖连体结构形式。三个混凝土单体中均为框架结构体系，结构高度为6.70 m。空间桁架结构水平桁架长84.50 m, 最大跨度为

28.20 m；垂直桁架长19.95 m,分为三角形长悬挑、中间跨及矩形短悬挑三跨，长悬挑长为7.95 m;水平桁架与垂直桁架交错相连形成空间桁架,桁架顶标高为9.00 m。建筑效果见图1，结构剖面、平面如图2所示。

图1 建筑效果

该工程结构设计基准期为50年，结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g，建筑场地类别II 类，设计地震分组为第二组，场地设计特征周期为0.4 s，抗震设防类别为丙类。

荷载取值[4]如下：

1)上部桁架屋面恒载：考虑檩条，屋面板及保温等作用偏安全取为0.5 kN/m2。2)上部桁架屋面活载：取雪荷载0.4 kN/m2(100年一遇)和

不上人屋面活荷载0.5 kN/m2的较大值。3)下部框架屋面恒载：3 kN/m2，并考虑女儿墙、玻璃幕墙的线荷载。4)下部框架屋面活载：同上部桁架

取0.5 kN/m2。5)基本风压ω0=0.35 kN/m2，地面粗糙度为B类。6)下部框架抗震等级为三级，上部桁架抗震等级为四级。

a—结构下部框架平面;b—结构上部桁架平面;c—结构剖面;d—结构上部桁架剖面。

图2 结构示意

3 结构分析模型

3.1 多模型分析

根据连体结构的特殊性，进行了如图3所示的多模型分析：

a—模型1;b—模型2;c—模型3;d—模型4。图3 结构计算模型

1)YJK软件总装模型(模型1)和三个混凝土单体拆分模型(模型2)，用于对比总装模型及拆分模型混凝土框架的计算结果，探究空间屋盖连体结构设计计算中下部单体的设计方法。

2)MIDAS/Gen软件总装模型(模型3)和空间桁架拆分模型(模型4)，用于对比总装模型及拆分模型空间桁架的计算结果，探究空间屋盖连体结构设计计算中屋盖结构的设计方法。

3.2 构件模拟

YJK与Midas/Gen 两软件对结构各构件的模拟方法如表1所示。

表1 构件模拟单元列表

构件YJKMIDAS/Gen混凝土单体梁梁单元梁单元板刚性板单元板单元柱梁单元梁单元空间桁架杆件梁单元梁单元

3.3 阻尼控制

根据本工程为上部钢结构屋盖、下部混凝土单体的结构特性，采用材料阻尼比构建结构体系的阻尼矩阵，YJK与MIDAS/Gen 两软件中对结构阻尼比设置如下：混凝土部分阻尼比为0.05，钢结构部分阻尼比为0.04。

3.4 连接节点模拟