乐山大佛博物馆结构设计
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64
低 温
建
筑
技
术
2011年第 1期 ( 总第 151期 )
乐山大佛博物馆结构设计
陆 兢, 孙文波, 龚模松 ,
广州
舒宣武
510640 )
( 华南理工大学建筑设计研究院 ,
摘
要
乐山大佛博物馆依山而建 , 体型复杂独特 , 本文采用了钢筋混凝 土预应力 桁架解决了 悬挑约 11m
的难题 , 采用索膜 - 刚架组合结构的形式 设计的 光塔 , 将建 筑造型 和结构受 力较好 地结合 在一起 , 另 外根据所 处 环境的特点合理选取了基础形式以及结构与山体的连接方式 , 可为同类工程设计提供借鉴参考。 关键词 大悬挑结构 ; 预应力桁架 ; 索膜组合结构 ; 山地建筑 TU 242 5 文献标识码 B 文章编号 1001- 6864( 2011) 01- 0064- 03 中图分类号
s
32, 预应 力 钢筋 为 16
s
15 2 高 强
低松弛钢绞线, 钢筋 对称布 置。采用后 张拉 无粘结 预 应力, 混凝土强度等级 C40 , 施加预应 力后混凝土 有效 压应力为 3 68 M Pa , 正常使用状态下 无裂缝。桁架 端 点计算挠度值约为 42mm, 有效地控制了变形。 为方便施 工张 拉方 式为 上 节点 单 向张 拉, 求锚固效率系数 ) 0 95, 承压板为多孔承压板。 4 观光塔索膜 - 刚架组合结构 由钢, 玻璃, 膜结合 的光塔 是博 物馆的 一个亮 点, 其造型为中国传统 密檐塔的 现代版 本, 凸现 了博物 馆 的佛教主 题。钢 结构 刚架 外 侧为 抓点 式夹 胶 玻璃 幕 墙, 内部为数个 叠级 而上的 帐篷 式 PVC 膜结 构单 元, 呈节节上 升之 势。其 平面 尺寸 为 4 5m ∋ 4 5m, 每 个 结构单元高度为 1 8m, 总高度为 27m。
桥能极大地提高建模效率。 参考文献
[ 1] 张述政 基于 AN SY S 的高层 建筑模 态分析 [ J] 2009 , 5( 2 ): 13- 15. [ 2] 包世华 结构动力学 [ M ] 武汉: 武汉理工大学出版社 , 2005: 1- 10 . [ 收稿日期Байду номын сангаас] [ 作者简介 ] 广东建 材 ,
66
低 温
建
筑
技
术
2011年第 1期 ( 总第 151期 )
立柱的截面尺寸很有 帮助。通过 施加合 适的 预应力, 在水平荷载作 用下 四角 的 角柱 仍可 基本 维 持在 受拉 状态, 因此, 在整个结构体系中将只有玻璃幕墙的水平 边框和内部的竖杆承受 压力作用, 而其它 的结 构单元 在任何荷载情况下均保持为受拉状态。 电算采用通用有限元软件包 S trand7 , 考虑到计算模 型中存在大量柔性构件, 分析时采用了考虑大变形的结 构非线性计算模块。静力计算包括竖向荷载 (自重及活 荷载 )和水平风的作用。仅有竖向荷载作用时, 膜的内张 力为双向 3 5kN /m。结构找形计算和荷载态的分析结果 如表 2所示。在水平风作用下, 内部竖杆的压力几乎没有 变化, 外侧的角柱拉力则有所调整, 以平衡水平风荷载产 生的总弯矩, 结构的变形为剪切型, 较为接近于框架结构, 最大层间位移计算值为 为 50mm, ! / H = 1 /540。
4 结语 从模态分析中可以发现, 主梁 竖向弯 曲的 阵型最 早出现, 中跨的跨中挠度最大, 二阶模态是中跨跨中发 生扭转变形, 前 2阶 模态均 说明了 跨中相 对而 言是薄 弱环节, 这与结构的实际是相符的; 扭转阵型出现在结 构的弯曲阵型之后, 也说 明了分析 的结果 是比 较可靠 的; 与 M idas / civil的分析结 果进 行了对 比, 结 果接近, 进一步说明了 ANSYS 运用于模态分析的准确性, 表明 了使用 AN SYS 对大 型钢桁桥 进行模 态分析是 切实可 行的, 同时使用 APDL 语 言进行 参数化 建模 对于 钢桁
于是大跨度悬挑结 构, 考虑 了竖向 地震作 用。结构 初 算 仅悬 挑处 采用 桁架, 内跨梁 仍承 受相 当大 的弯 矩, 上、 下层梁最 大 弯矩 设计 值 分别 为 1924、 7291kN (m。 将两侧主受力桁架 往内跨延 伸一跨 后, 将倾 覆拉力 有 效地传递到内排柱 及基础上, 减轻了外 排柱 及内跨 梁 的负担。计算结果内 跨上、 下弦 梁最大 弯矩 设计值 分 别降至 740、2247kN (m。分 析 表明, 桁架 中 主受 拉 腹 杆承受较大拉力, 在恒荷载、 活荷载、 水平地震力、 竖向 地震力及风荷载作用下 最大的 拉力分别 为 1273、 292、 659、 172 及 23 3kN, 其中 恒荷 载下 拉力 占到 53% , 为 此, 必须施加预应力 以控制 裂缝宽 度。该构 件实配 非 预应力钢筋 为 16
1 工程概况 乐山大佛博物馆为四川 省的 重点文 化建 筑, 位于 乐山大佛景区任家坝, 由博物馆和小剧场两部分组成, 总建筑面积约 1 万 m 。建 筑师试 图在 一个 狭窄 的山 坡地上找寻建筑与山体依存的逻辑关系。建筑的形态 直接由崖墓 ( 乐山 地区 主要 文物 为崖墓 ) 经 过正 负形 体转换演化而来, 远看犹 如一组高 低错落 的箱 体建筑 从山崖中生长出来, 箱体 内部即 为博 物馆展 厅。建筑 结构有如下特点: ! 结构顺山势错落跌级布置, 建筑立 面多处为斜面, 靠山一侧与山体紧密结合; ∀ 为体现箱 体建筑从山中长出来的 理念, 采用 了多个 大跨 度悬挑 结构, 跨度由约 7 8~ 11m 不 等; # 建 筑造型兼 容了现 代建筑的设计元素, 采用了大量的钢结构及玻璃幕墙, 其中光塔采用了索膜 - 刚架组合 的新颖 结构 形式; ∃ 建筑外墙大部分外挂红砂岩, 开窗少, 结构自 重大。该 建筑是 近 年 来 国 内 的 建 筑 精 品, 于 2009 年 被 评 为 2008 年度全国优秀工程勘察设计奖金奖。 2 地基与基础 拟建 场 地 属 浅 丘 及 冲 沟 地 貌, 自 然 地 面 标 高 369 76~ 371 70m, 相对高差 1 94m。南侧为采石形成 高约 15m 的陡崖, 岩体较 完整, 西侧 依地 形 设计 为台 阶。抗震设防烈度为 % 度, 场地 类别 II类。钻 孔揭露
2
场 地 地 层 可 分 为 两 大 层: ! 层 杂 填 土, 厚 度 0 4 ~ 9 0m。 ∀ 层砂岩 ( ∀ - 1强风化砂 岩、 ∀ - 2 中风化 砂 岩 )。各地基土物理力学指标建议值见表 1。
表 1
地层 名称 ! 杂填土 ∀ - 1强 风化岩 ∀ - 2中 风化岩 300 6 2
土层力学性能指标
co n
=
1300M Pa , 锚固系统采用 I类锚具, 夹片单孔锚体系, 要
光塔结构体系 为索膜 - 刚架组 合结构, 整个结 构 体系和结构单元如图 3所示。其中外侧的框架 ∗ 柔性 支撑结构主要承担 水平荷载 的作用, 而 结构 的所有 自 重则几乎全部由框架内部的竖向支承压杆承担。结构 的重量 (主要为 外侧 的玻 璃幕 墙和 结构 构件的 自重 ) 通过内部的 各层 塔状 索膜 结 构直 接传 递到 中 心的 轴 采用 SATW E 软件, 并用 PM SAP 软件进行复核, 由 心受压杆上, 外侧的四条角柱则全部受拉, 对减少外侧
承载力 特征值 / kPa 天然单轴 极限抗压 强度 /M Pa 内聚 力 /M Pa 内摩 擦角 / ( &) 极限端 阻力标 准值 / kPa
800
11 4
1 0
38 0
6600
场地土层分布相对简单, 岩层埋藏浅, 属典型山地 土质。建筑物层数不 高, 柱底最 大轴力 除了 大悬挑 处 达 11800kN 外, 其余大部分 都在 3000kN 以 内, 采用 柱 下独立基础可满足 承载要求, 但最终选 取了 人工挖 孔 桩 (墩 )的基础形式, 主要 原因为: ! 人 工挖孔 桩 ( 墩 ) 可使基础嵌入中风 化岩层中, 可提高建 筑物 基础的 稳 定性及抵抗山洪冲刷的能力; ∀ 杂填土层厚薄不一, 部 分区域填土厚达 9m, 且建筑首层顺坡变化形成多个跌 级, 采用 人工 挖 孔桩 (墩 ) 可 以 适应 持 力 层的 高 低 起
表 2
PVC 膜 截面 1mm
垫板上。为保证支座的稳定, 垫板内外都设脚趾。考虑 到光棚与主体混凝土结构线膨胀系数不一样, 钢梁支座 一端固定一端滑动, 通过在支座底板与其下过渡板之间 加设 6厚聚四氟乙烯板及 1 2mm 厚不锈钢钢板来实现 支座的滑动。对于 混凝土屋面梁板, 参考 当地经验, 先 在山岩中开 洞或 开槽, 洞 深大 于 1m 并不 小于 梁高 的 0 6倍, 洞宽根据梁端反力及基岩承载力进行计算, 开槽 则用于支承楼板, 槽深为 300mm。为防止山水沿梁板面 下渗, 顶部设置遇水膨胀橡胶止水条。 对于山坡稳定及山洪问题, 由地质部门对山体进行 了仔细的勘探与评价, 结果表明山岩构造 是稳定的, 只 是屋顶的山坡上存在松散的 石块。治理时将松 动的碎 石清除, 采用钢筋混凝土方格骨架锚杆护坡方案。山坡 上 2m 宽的平台带可以作为防止山顶坠物的缓冲带。在 山顶及平台带均设置了防洪沟解决了山洪问题。 建成后使用实践表明与山体的连接处理是成功的。 6 结语 在 2008 年的汶川大地震中, 乐山的部分建筑 受损 甚至倒塌, 但乐山博物馆结构完好, 只有少数几片填充 墙出现轻微裂缝及 墙面脱落, 说明其结 构设 计是成 功 的。设计中的几个要点是: ( 1) 通过混凝土桁架结构将 大跨度 悬挑的弯 矩 转换为杆件轴力传 递到内排 的梁柱 上, 不仅 使构件 的 受力合理, 也有效地 控制了 挠度。对其 中受 拉较大 的 构件, 应加设预应力控制裂缝。 ( 2) 索膜 - 刚架组合结构中 的索膜 不仅仅是 建 筑形式的体现, 同时对 提高结 构侧向刚 度具 有一定 的 作用。该结构体系中只有玻璃幕墙的水平边框和内部 的竖杆承受压力作 用, 而其他 的结构单 元在 任何荷 载 作 用下 均保 持为 受拉状 态, 尤 其是 外围 的四 根角 柱。 因此有条件将外围 刚性构件 的截面 尺寸大 幅减少, 将 建筑要求与结构受力的合理性有机地结合在一起。 ( 3) 山地建筑要注意基础的稳定性, 嵌岩的人工挖 孔桩是一种合适的选择; 结构与山体的连接构造除考虑承 载力外, 还要注意支座的稳定性及温度变形、 排洪、 防水问 题, 对松动的山坡要注意治理, 做好防护工作。
2010- 08 - 19 占智贵 ( 1986 - ) , 男 , 江 西乐安人 , 硕士 , 研 究方 向 : 路桥力学及数值计算。
陆 兢等 : 乐山大佛博物馆结构设计
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伏, 有效地控制建筑物的不均匀沉降; # 山坡地下水埋 深较大, 钻孔未揭露, 施工时不会受地下水影响。没有 淤泥等软弱土层, 桩长不 深, 适合 人工挖 孔施 工; ∃可 以抵抗大悬挑结构的内跨柱下可能产生的拉力。 设计中桩径分为 900mm 及 1100mm 两 种, 桩端扩 大头 尺 寸 分 别 为 1200mm 及 1600mm, 对 应 的 单 桩 ( 墩 ) 竖向承载力特 征值分别 为 3300kN 及 6000 kN, 桩 端持力层为中风化岩, 要求入岩深度不小于 0 5m。在 大跨度悬挑结构处柱底 弯矩及轴 力较大, 采用 了两桩 承台, 桩中心距 2~ 3 5m。 3 大跨度悬挑预应力桁架 大跨度悬挑 箱体 是 体现 乐山 大佛 博 物馆 建 筑理 念最重要的建筑元素, 为强调其出挑效果, 建筑师要求 最大出挑跨 度达 11 058m, 见图 1。该 出 挑箱 体 除跨 度大, 宽度也超过 15m, 高度为 7 8m, 同时 箱体周边都 采用挂石, 石材 厚 度为 60mm, 内为 砖墙, 开 窗面 积极 小, 荷载很大。由于建筑空间要求, 如此大的荷载必须 由箱体两侧的结构来传 递给柱子, 采用传 统的 结构如 深梁或剪力墙 等不 但让 柱 子及 内跨 的梁 受 到极 大的 弯矩, 结构受力不合理, 而且会增加悬挑部分的重量及 刚度, 加大地震荷载。通过方案比较, 决定采用桁架的 结构形式, 见 图 2。 以 桁架 1 为 例, 桁架 腹 杆 尺 寸为 400 ∋ 800及 400 ∋ 600, 下弦梁为 4000 ∋ 2100 / 1000, 上 弦梁为 400 ∋ 1000。为增加两 侧桁架 的稳定性 以及结 构的 整 体 性, 端 头 也 采 用 了 桁 架, 下 弦 梁 为 4000 ∋ 1000, 上弦梁为 400 ∋ 900, 腹杆尺寸为 400 ∋ 700, 由于 端头立面是斜面, 外墙采用了 120厚的混凝土墙。
低 温
建
筑
技
术
2011年第 1期 ( 总第 151期 )
乐山大佛博物馆结构设计
陆 兢, 孙文波, 龚模松 ,
广州
舒宣武
510640 )
( 华南理工大学建筑设计研究院 ,
摘
要
乐山大佛博物馆依山而建 , 体型复杂独特 , 本文采用了钢筋混凝 土预应力 桁架解决了 悬挑约 11m
的难题 , 采用索膜 - 刚架组合结构的形式 设计的 光塔 , 将建 筑造型 和结构受 力较好 地结合 在一起 , 另 外根据所 处 环境的特点合理选取了基础形式以及结构与山体的连接方式 , 可为同类工程设计提供借鉴参考。 关键词 大悬挑结构 ; 预应力桁架 ; 索膜组合结构 ; 山地建筑 TU 242 5 文献标识码 B 文章编号 1001- 6864( 2011) 01- 0064- 03 中图分类号
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32, 预应 力 钢筋 为 16
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15 2 高 强
低松弛钢绞线, 钢筋 对称布 置。采用后 张拉 无粘结 预 应力, 混凝土强度等级 C40 , 施加预应 力后混凝土 有效 压应力为 3 68 M Pa , 正常使用状态下 无裂缝。桁架 端 点计算挠度值约为 42mm, 有效地控制了变形。 为方便施 工张 拉方 式为 上 节点 单 向张 拉, 求锚固效率系数 ) 0 95, 承压板为多孔承压板。 4 观光塔索膜 - 刚架组合结构 由钢, 玻璃, 膜结合 的光塔 是博 物馆的 一个亮 点, 其造型为中国传统 密檐塔的 现代版 本, 凸现 了博物 馆 的佛教主 题。钢 结构 刚架 外 侧为 抓点 式夹 胶 玻璃 幕 墙, 内部为数个 叠级 而上的 帐篷 式 PVC 膜结 构单 元, 呈节节上 升之 势。其 平面 尺寸 为 4 5m ∋ 4 5m, 每 个 结构单元高度为 1 8m, 总高度为 27m。
桥能极大地提高建模效率。 参考文献
[ 1] 张述政 基于 AN SY S 的高层 建筑模 态分析 [ J] 2009 , 5( 2 ): 13- 15. [ 2] 包世华 结构动力学 [ M ] 武汉: 武汉理工大学出版社 , 2005: 1- 10 . [ 收稿日期Байду номын сангаас] [ 作者简介 ] 广东建 材 ,
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低 温
建
筑
技
术
2011年第 1期 ( 总第 151期 )
立柱的截面尺寸很有 帮助。通过 施加合 适的 预应力, 在水平荷载作 用下 四角 的 角柱 仍可 基本 维 持在 受拉 状态, 因此, 在整个结构体系中将只有玻璃幕墙的水平 边框和内部的竖杆承受 压力作用, 而其它 的结 构单元 在任何荷载情况下均保持为受拉状态。 电算采用通用有限元软件包 S trand7 , 考虑到计算模 型中存在大量柔性构件, 分析时采用了考虑大变形的结 构非线性计算模块。静力计算包括竖向荷载 (自重及活 荷载 )和水平风的作用。仅有竖向荷载作用时, 膜的内张 力为双向 3 5kN /m。结构找形计算和荷载态的分析结果 如表 2所示。在水平风作用下, 内部竖杆的压力几乎没有 变化, 外侧的角柱拉力则有所调整, 以平衡水平风荷载产 生的总弯矩, 结构的变形为剪切型, 较为接近于框架结构, 最大层间位移计算值为 为 50mm, ! / H = 1 /540。
4 结语 从模态分析中可以发现, 主梁 竖向弯 曲的 阵型最 早出现, 中跨的跨中挠度最大, 二阶模态是中跨跨中发 生扭转变形, 前 2阶 模态均 说明了 跨中相 对而 言是薄 弱环节, 这与结构的实际是相符的; 扭转阵型出现在结 构的弯曲阵型之后, 也说 明了分析 的结果 是比 较可靠 的; 与 M idas / civil的分析结 果进 行了对 比, 结 果接近, 进一步说明了 ANSYS 运用于模态分析的准确性, 表明 了使用 AN SYS 对大 型钢桁桥 进行模 态分析是 切实可 行的, 同时使用 APDL 语 言进行 参数化 建模 对于 钢桁
于是大跨度悬挑结 构, 考虑 了竖向 地震作 用。结构 初 算 仅悬 挑处 采用 桁架, 内跨梁 仍承 受相 当大 的弯 矩, 上、 下层梁最 大 弯矩 设计 值 分别 为 1924、 7291kN (m。 将两侧主受力桁架 往内跨延 伸一跨 后, 将倾 覆拉力 有 效地传递到内排柱 及基础上, 减轻了外 排柱 及内跨 梁 的负担。计算结果内 跨上、 下弦 梁最大 弯矩 设计值 分 别降至 740、2247kN (m。分 析 表明, 桁架 中 主受 拉 腹 杆承受较大拉力, 在恒荷载、 活荷载、 水平地震力、 竖向 地震力及风荷载作用下 最大的 拉力分别 为 1273、 292、 659、 172 及 23 3kN, 其中 恒荷 载下 拉力 占到 53% , 为 此, 必须施加预应力 以控制 裂缝宽 度。该构 件实配 非 预应力钢筋 为 16
1 工程概况 乐山大佛博物馆为四川 省的 重点文 化建 筑, 位于 乐山大佛景区任家坝, 由博物馆和小剧场两部分组成, 总建筑面积约 1 万 m 。建 筑师试 图在 一个 狭窄 的山 坡地上找寻建筑与山体依存的逻辑关系。建筑的形态 直接由崖墓 ( 乐山 地区 主要 文物 为崖墓 ) 经 过正 负形 体转换演化而来, 远看犹 如一组高 低错落 的箱 体建筑 从山崖中生长出来, 箱体 内部即 为博 物馆展 厅。建筑 结构有如下特点: ! 结构顺山势错落跌级布置, 建筑立 面多处为斜面, 靠山一侧与山体紧密结合; ∀ 为体现箱 体建筑从山中长出来的 理念, 采用 了多个 大跨 度悬挑 结构, 跨度由约 7 8~ 11m 不 等; # 建 筑造型兼 容了现 代建筑的设计元素, 采用了大量的钢结构及玻璃幕墙, 其中光塔采用了索膜 - 刚架组合 的新颖 结构 形式; ∃ 建筑外墙大部分外挂红砂岩, 开窗少, 结构自 重大。该 建筑是 近 年 来 国 内 的 建 筑 精 品, 于 2009 年 被 评 为 2008 年度全国优秀工程勘察设计奖金奖。 2 地基与基础 拟建 场 地 属 浅 丘 及 冲 沟 地 貌, 自 然 地 面 标 高 369 76~ 371 70m, 相对高差 1 94m。南侧为采石形成 高约 15m 的陡崖, 岩体较 完整, 西侧 依地 形 设计 为台 阶。抗震设防烈度为 % 度, 场地 类别 II类。钻 孔揭露
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场 地 地 层 可 分 为 两 大 层: ! 层 杂 填 土, 厚 度 0 4 ~ 9 0m。 ∀ 层砂岩 ( ∀ - 1强风化砂 岩、 ∀ - 2 中风化 砂 岩 )。各地基土物理力学指标建议值见表 1。
表 1
地层 名称 ! 杂填土 ∀ - 1强 风化岩 ∀ - 2中 风化岩 300 6 2
土层力学性能指标
co n
=
1300M Pa , 锚固系统采用 I类锚具, 夹片单孔锚体系, 要
光塔结构体系 为索膜 - 刚架组 合结构, 整个结 构 体系和结构单元如图 3所示。其中外侧的框架 ∗ 柔性 支撑结构主要承担 水平荷载 的作用, 而 结构 的所有 自 重则几乎全部由框架内部的竖向支承压杆承担。结构 的重量 (主要为 外侧 的玻 璃幕 墙和 结构 构件的 自重 ) 通过内部的 各层 塔状 索膜 结 构直 接传 递到 中 心的 轴 采用 SATW E 软件, 并用 PM SAP 软件进行复核, 由 心受压杆上, 外侧的四条角柱则全部受拉, 对减少外侧
承载力 特征值 / kPa 天然单轴 极限抗压 强度 /M Pa 内聚 力 /M Pa 内摩 擦角 / ( &) 极限端 阻力标 准值 / kPa
800
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场地土层分布相对简单, 岩层埋藏浅, 属典型山地 土质。建筑物层数不 高, 柱底最 大轴力 除了 大悬挑 处 达 11800kN 外, 其余大部分 都在 3000kN 以 内, 采用 柱 下独立基础可满足 承载要求, 但最终选 取了 人工挖 孔 桩 (墩 )的基础形式, 主要 原因为: ! 人 工挖孔 桩 ( 墩 ) 可使基础嵌入中风 化岩层中, 可提高建 筑物 基础的 稳 定性及抵抗山洪冲刷的能力; ∀ 杂填土层厚薄不一, 部 分区域填土厚达 9m, 且建筑首层顺坡变化形成多个跌 级, 采用 人工 挖 孔桩 (墩 ) 可 以 适应 持 力 层的 高 低 起
表 2
PVC 膜 截面 1mm
垫板上。为保证支座的稳定, 垫板内外都设脚趾。考虑 到光棚与主体混凝土结构线膨胀系数不一样, 钢梁支座 一端固定一端滑动, 通过在支座底板与其下过渡板之间 加设 6厚聚四氟乙烯板及 1 2mm 厚不锈钢钢板来实现 支座的滑动。对于 混凝土屋面梁板, 参考 当地经验, 先 在山岩中开 洞或 开槽, 洞 深大 于 1m 并不 小于 梁高 的 0 6倍, 洞宽根据梁端反力及基岩承载力进行计算, 开槽 则用于支承楼板, 槽深为 300mm。为防止山水沿梁板面 下渗, 顶部设置遇水膨胀橡胶止水条。 对于山坡稳定及山洪问题, 由地质部门对山体进行 了仔细的勘探与评价, 结果表明山岩构造 是稳定的, 只 是屋顶的山坡上存在松散的 石块。治理时将松 动的碎 石清除, 采用钢筋混凝土方格骨架锚杆护坡方案。山坡 上 2m 宽的平台带可以作为防止山顶坠物的缓冲带。在 山顶及平台带均设置了防洪沟解决了山洪问题。 建成后使用实践表明与山体的连接处理是成功的。 6 结语 在 2008 年的汶川大地震中, 乐山的部分建筑 受损 甚至倒塌, 但乐山博物馆结构完好, 只有少数几片填充 墙出现轻微裂缝及 墙面脱落, 说明其结 构设 计是成 功 的。设计中的几个要点是: ( 1) 通过混凝土桁架结构将 大跨度 悬挑的弯 矩 转换为杆件轴力传 递到内排 的梁柱 上, 不仅 使构件 的 受力合理, 也有效地 控制了 挠度。对其 中受 拉较大 的 构件, 应加设预应力控制裂缝。 ( 2) 索膜 - 刚架组合结构中 的索膜 不仅仅是 建 筑形式的体现, 同时对 提高结 构侧向刚 度具 有一定 的 作用。该结构体系中只有玻璃幕墙的水平边框和内部 的竖杆承受压力作 用, 而其他 的结构单 元在 任何荷 载 作 用下 均保 持为 受拉状 态, 尤 其是 外围 的四 根角 柱。 因此有条件将外围 刚性构件 的截面 尺寸大 幅减少, 将 建筑要求与结构受力的合理性有机地结合在一起。 ( 3) 山地建筑要注意基础的稳定性, 嵌岩的人工挖 孔桩是一种合适的选择; 结构与山体的连接构造除考虑承 载力外, 还要注意支座的稳定性及温度变形、 排洪、 防水问 题, 对松动的山坡要注意治理, 做好防护工作。
2010- 08 - 19 占智贵 ( 1986 - ) , 男 , 江 西乐安人 , 硕士 , 研 究方 向 : 路桥力学及数值计算。
陆 兢等 : 乐山大佛博物馆结构设计
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伏, 有效地控制建筑物的不均匀沉降; # 山坡地下水埋 深较大, 钻孔未揭露, 施工时不会受地下水影响。没有 淤泥等软弱土层, 桩长不 深, 适合 人工挖 孔施 工; ∃可 以抵抗大悬挑结构的内跨柱下可能产生的拉力。 设计中桩径分为 900mm 及 1100mm 两 种, 桩端扩 大头 尺 寸 分 别 为 1200mm 及 1600mm, 对 应 的 单 桩 ( 墩 ) 竖向承载力特 征值分别 为 3300kN 及 6000 kN, 桩 端持力层为中风化岩, 要求入岩深度不小于 0 5m。在 大跨度悬挑结构处柱底 弯矩及轴 力较大, 采用 了两桩 承台, 桩中心距 2~ 3 5m。 3 大跨度悬挑预应力桁架 大跨度悬挑 箱体 是 体现 乐山 大佛 博 物馆 建 筑理 念最重要的建筑元素, 为强调其出挑效果, 建筑师要求 最大出挑跨 度达 11 058m, 见图 1。该 出 挑箱 体 除跨 度大, 宽度也超过 15m, 高度为 7 8m, 同时 箱体周边都 采用挂石, 石材 厚 度为 60mm, 内为 砖墙, 开 窗面 积极 小, 荷载很大。由于建筑空间要求, 如此大的荷载必须 由箱体两侧的结构来传 递给柱子, 采用传 统的 结构如 深梁或剪力墙 等不 但让 柱 子及 内跨 的梁 受 到极 大的 弯矩, 结构受力不合理, 而且会增加悬挑部分的重量及 刚度, 加大地震荷载。通过方案比较, 决定采用桁架的 结构形式, 见 图 2。 以 桁架 1 为 例, 桁架 腹 杆 尺 寸为 400 ∋ 800及 400 ∋ 600, 下弦梁为 4000 ∋ 2100 / 1000, 上 弦梁为 400 ∋ 1000。为增加两 侧桁架 的稳定性 以及结 构的 整 体 性, 端 头 也 采 用 了 桁 架, 下 弦 梁 为 4000 ∋ 1000, 上弦梁为 400 ∋ 900, 腹杆尺寸为 400 ∋ 700, 由于 端头立面是斜面, 外墙采用了 120厚的混凝土墙。