上海世博会中国馆国家馆结构设计与研究

由于建筑造型上的需要 ,由下至上随着展厅范围
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图 3 所示 。
212 基础设计
为减少对地铁 M8 线的扰动 ,采用钻孔混凝土灌
注桩基础 ,桩底后压浆 ,并将桩径加大至 850mm ,桩长
加长至 65m ,以层 ⑨粉细砂层为桩端持力层 ,并适当降
低了桩的承载力取值 。
3 抗震性能分析与设计
311 场地地震动参数和抗震性能目标
工程位于 7 度抗震设防区 ,抗震设防类别为乙类 ,
楼层 ,在统计层间刚度 、层间位移等与层有关的指标时
使用 。
竖向荷载所引起的斜柱根部水平向压力通过
3313m 标高处楼盖自相平衡 。为让楼盖受压来承担更
多的斜柱水平分力 ,尽可能减小剪力墙承受的剪力 ,除
增加 3313m 标高处楼盖刚度外 ,还将该标高处筒体内
连梁的尺寸加大至 700 ×3 500 ,以增强其轴向刚度 ,如
采用钢筋混凝土筒体 + 组合楼盖结构体系 。利用 落地的楼电梯间设置四个 1816m ×1816m 的钢筋混凝 土筒体作为抗侧力结构 。四个落地筒体除承担竖向荷 载外 ,还承担风荷载及水平地震作用 。依建筑的倒梯 形造型 ,设置了 20 根 800 ×1 500的矩形钢管混凝土斜
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图 1 中国馆效果图
厚度一般为 130mm ,焊接工字型蜂窝钢梁间距 316m ,截
面为2 000 ×350 ×16 ×35 ,由于剪力不大 ,按构造设置
横向加劲肋 。斜柱引起 3313m 标高处楼盖受压 ,4915 ,
6013m 标 高 处 楼 盖 受 拉 。为 避 免 满 堂 高 支 模 , 提 高
3313m 标高处楼盖的轴向刚度 ,3313m 标高处楼盖采用
场地水平地震动参数
表1
设防水准
安评报告 小震 中震 大震
抗震规程 小震 大震
αmax
01096 01266 01443 0108
0145
Tg
0170 0195 1110 0190
1110
γ
118
117
116
—
ຫໍສະໝຸດ Baidu
—
¨a maxΠcmΠs2
40
111
181
—
—
注 :γ为地震影响系数曲线下降段的衰减指数 ,¨amax为时程分析
见表 2 。最不利地震作用方向为 - 17°,其计算结果与
X , Y ,45°方向的计算结果接近 。在考虑偶然偏心地震
作用下 ,楼盖竖向构件的最大水平位移为屋面两端竖
向构件弹性水平位移平均值的 1118 倍 ,小于 112 ,属扭
转规则结构 。
313 结构抗震性能分析
31311 对第 1 周期为扭转周期的分析
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图 2 结构模型示意
图 3 结构剖面图
楼盖一般采用密肋钢梁2混凝土板组合楼盖 ,楼板
直接 。其它梁采用焊接工字型蜂窝钢梁 。
计算楼板时展厅活荷载取 12kNΠm2 ,整体计算时取
9kNΠm2 ,一般部位的楼板配双层双向 ○‖—12 @150 的通长 筋 ,以加强楼板的承载力和整体性 。
某层展厅结构平面布置示意见图 4 ,世博会后将
去掉图中心虚线范围内的楼盖 ,以丰富建筑空间 。结
构剖面见图 3 。根据主要质量分布 ,将结构划分成 7 个
成一个整体 , ±01000 以上由防震缝分为独立的结构单
元 。取地下室底板作为上部结构的计算嵌固端 。
计算结果表明 ,结构的抗剪承载力由剪力墙提供 ,
四个筒体剪力墙沿竖向连续 ,没有突变 ;结构刚重比为
1911 ,满足不小于 114 的要求 ;加强部位剪力墙的最大
轴压比为 0139 ,满足不宜超过 015 的要求 。其他结果
(Architectural Design and Research Institute South China University of Technology , Guangzhou 510641 , China) Abstract :The style of the China National Pavilion at the World Expo Shanghai 2010 is unique. It is a fly2over structure like an inverse quadrangular frustum pyramid crown , which is with spreading layer upon layer at the exhibition hall. As the roof extends 34175m from the concrete tube , the vertical mass distribution is not regular , the floor inertia moment is great , and the first period of the structure is a torsional period. It introduces the structural system , disposal , analysis and the primary construction measures of the China National Pavilion. 4 grounded concrete tubes which hold the staircases and elevator halls are used as the vertical and horizontal load resisting structure. The slant columns are set utilizing the inverse trapezoidal shape of the building to support the large2span steel girder of the floor. In the premise of ensuring the structure safety , the building service function is best satisfied. The influence of the fly2over style and which the first period is a torsional period to the structure are analyzed. The results of the detailed calculation analysis and shaking2table test show that although the first period is a torsional period , the structure torsional reaction is not so large , and the influence to the structural earthquake2resistant capability is small. Therefore , the earthquake2 resistant capability of the structure is good and the expected earthquake2resistant capability goal can be achieved. Keywords :slant column ;composite beam ;torsion mode ;lateral stiffness ;aseismic capability ;vertical vibration ;comfortableness
第 39 卷 第 5 期
建 筑 结 构
2009 年 5 月
上海世博会中国馆国家馆结构设计与研究
方小丹 , 韦 宏 , 陈福熙 , 许名鑫 , 周汉香
(华南理工大学建筑设计研究院 ,广州 510641)
[ 摘要 ] 2010 年上海世博会中国馆的国家馆造型独特 ,其底部架空 ,展区部分层叠出挑 ,呈四棱台斗冠状 。屋面由 混凝土筒体出挑 34175m ,不但使得竖向质量分布不均匀 ,还使得楼盖的转动惯量大 ,导致结构的扭转周期成为第一 周期 。介绍了国家馆的结构体系 、结构布置 、结构分析以及主要的构造加强措施 。利用楼 、电梯间设置四个落地的 混凝土筒体作为承重和抗侧力结构 ,利用建筑的倒梯形造型设置斜柱来支承楼盖大跨度钢梁 ,在确保结构安全的 前提下 ,最大限度地满足了建筑使用功能的要求 。分析了扭转周期为第一自振周期对结构的影响以及底部挑空对 结构竖向侧向刚度分布的影响 。详细的计算分析及模拟振动台试验结果表明 ,虽然扭转周期为第一周期 ,但结构的 扭转反应并不严重 ,对结构的抗震性能影响不大 ,结构具有良好的抗震性能 ,可达到预定的抗震性能目标 。 [ 关键词 ] 斜柱 ; 组合梁 ; 扭转振型 ; 侧移刚度 ; 抗震性能 ; 竖向振动 ; 舒适度
所用地震加速度时程的峰值 。
图 4 某层展厅结构平面布置示意
图 5 地震影响系数曲线比较
计算结果表明 ,采用《安评报告》曲线得到的结构
底部剪力比采用《抗震规程》曲线得到的结构底部剪力
约小 35 % ,为安全起见 ,设计时采用《抗震规程》曲线 。
抗震性能目标为 : 小震时 ,结构处于弹性阶段 ; 中
设计地震分组为第一组 , Ⅳ类场地 。设计基准期为 50
年 ,结构设计耐久性年限为 100 年 ,安全等级为一级 。
《中国 2010 年上海世博会中国馆工程场地地震安
全性评价报告》(简称《安评报告》) 和上海市《建筑抗震
设计规程》(DGJ0829 —2003) ( 简称《抗震规程》) 提供的
场地水平地震动参数见表 1 。《建筑抗震设计规范》 ( GB50011 —2001) (简称《抗震规范》) 《、抗震规程》《、安 评报告》给出的多遇水平地震影响系数曲线见图 5 。
型钢混凝土梁2混凝土板 ,板厚 180mm ,梁截面尺寸一
般为 400 ×2 380 ,受力较大处适当加大梁宽 。标高为
6013m 处的屋盖 ,板厚度 140mm ,板内设置 <s1512 @500
无粘结预应力筋 。屋盖主梁采用钢桁架 ,除斜向布置
的外 ,桁架上弦贯通整个屋盖 ,使拉力的传力途径更为
1 工程概况 2010 年上海世博会中国馆位于浦江之滨 、世博会
园区浦东区域主入口位置 ,由国家馆 、地区馆和港澳台 馆三部分组成 。其中国家馆被称为“东方之冠”,底部 架空 ,展区部分层叠出挑 ,呈四棱台斗冠状 。国家馆地 下 1 层 ,地面以上总高度为 6919m ,平面尺寸由底部的 6919m ×6919m 伸展到屋面的 13914m ×13914m ,建筑面 积约为 910 万 m2 ,其效果图见图 1 。 2 结构体系 211 结构布置
柱 ,为楼盖大跨度钢梁提供竖向支承 ,满足了室内没有 柱子的大空间建筑使用功能要求 。结构模型和剖面示 意见图 2 ,3 。
作者简介 :方小丹 (19512) ,男 ,一级注册结构工程师 ,注册土木工程 师 (岩土) ,教授级高级工程师 ,Email : xdfang @scut . edu. cn 。
Structural research and design for the China National Pavilion at the World Expo Shanghai Fang Xiaodan , Wei Hong , Chen Fuxi , Xu Mingxin , Zhou Hanxiang
震时 ,斜柱处于弹性 ,剪力墙不屈服 ,允许连梁受弯屈
服但不出现剪切破坏 ,筒体底部不应出现拉应力 ;大震
时 ,斜柱不屈服 ,控制剪力墙在预估大震弹性作用下的
的剪应力水平 ,保证剪力墙不发生剪切破坏 ,实现大震
不倒 。
312 结构整体计算分析
国家馆与地区馆地下均为 1 层 ,在 ±01000 以下连