前言
隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對建筑的需求也越來越多樣化和復雜化，同一棟建筑往往會被賦予多種功能，這對結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)，需要應對不同類型的荷載、復雜的幾何形狀，以及特殊的工程要求。本期『研之有物』，將對我院結(jié)構(gòu)設(shè)計團隊在“珠海市第一中學教學綜合樓”（以下簡稱“珠海一中綜合樓”）項目中所面臨的結(jié)構(gòu)挑戰(zhàn)與技術(shù)創(chuàng)新進行專題分享。
△實景鳥瞰圖
01項目簡介
珠海一中綜合樓地上部分根據(jù)體型和功能分布的不同，按照下圖隱蔽部位的黃色線條設(shè)置分縫，分為以下兩個建筑單體：西側(cè)部分由6層教學樓和1層游泳館組成；東側(cè)部分共4層，1-3層為多功能報告廳，4層為排練廳。兩個單體的結(jié)構(gòu)體系均為框架剪力墻結(jié)構(gòu)。
△總平面示意圖
02性能化設(shè)計概述：
伴隨計算機技術(shù)的發(fā)展，性能參數(shù)不再僅僅被視作建筑的后評估指標，而開始融入建筑設(shè)計流程，成為影響建筑形式生成的要素。借助相關(guān)數(shù)字工具，建筑師和工程師得以建立建筑幾何與建筑性能之間的量化關(guān)聯(lián)，有助于實現(xiàn)安全性能保證、能耗更少、舒適性更高、氣候適應性更強的建筑形式。
建筑結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計，主要針對建筑抗震性而言，重點是深入的計算分析和工程判斷，找出結(jié)構(gòu)有可能出現(xiàn)的薄弱部位，提出有針對性的抗震加強措施，分析論證結(jié)構(gòu)可達到預期的抗震性能目標。
△1200人報告廳大懸挑結(jié)構(gòu)實景
03本項目設(shè)計難點：
珠海一中綜合樓建筑功能多樣，建筑層高復雜，對空間使用提出更高要求，致使結(jié)構(gòu)將面臨：大跨度、大懸挑，豎向不規(guī)則，單跨結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)錯層特別不規(guī)則等一系列難點，加之對教育類公建的高抗震要求，使得本項目面臨著巨大的結(jié)構(gòu)設(shè)計挑戰(zhàn)。
△游泳館大跨度結(jié)構(gòu)實景
04性能化設(shè)計措施：
（1）剪力墻抗震等級為三級，框架抗震等級為二級，大跨預應力梁抗震等級提高至一級設(shè)計。
（2）采用小震彈性、中震抗剪彈性抗彎不屈、大震不屈的性能目標，梁及墻柱配筋按中震、小震性能計算結(jié)果包絡設(shè)計，進行結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計。
（3）由于存在大量結(jié)構(gòu)錯層，除開洞較少的地下室板面及屋面外，其余樓板采用彈性膜計算，不考慮樓板剛度。
△結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則
（4）框架柱配筋按照實際模型（框架剪力墻結(jié)構(gòu)）與取消剪力墻的模型（框架結(jié)構(gòu)）的計算結(jié)果包絡設(shè)計。實際采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，可在不影響建筑功能的前提下，提高建筑承載能力和抗震性能。
（5）為提高結(jié)構(gòu)安全儲備，東側(cè)部分多功能報告廳看臺的懸挑桁架按照構(gòu)造設(shè)置鋼骨（鋼骨柱、鋼骨梁、鋼骨斜撐）。
△斜撐剖面示意圖
（6）根據(jù)排練廳使用要求，排練廳樓板補充舒適度驗算，滿足正常排練振動激勵下的舒適度要求。
（7）西側(cè)部分游泳館上方最大跨度為28.5米，東側(cè)部分報告廳上方、排練廳上方最大跨度為26.1米，均采用大胯預應力混凝土梁的結(jié)構(gòu)形式。該結(jié)構(gòu)形式優(yōu)點有：預應力結(jié)構(gòu)充分利用高強度材料，使得構(gòu)件截面小，自重彎矩占總彎矩的比例大大下降，提高了結(jié)構(gòu)的跨越能力。
（8）由于報告廳的板面標高復雜、造型復雜，以及報告廳的使用功能要求，結(jié)構(gòu)專業(yè)需要同舞臺專業(yè)的聲光電各專業(yè)協(xié)同，后期BIM專業(yè)檢查各專業(yè)碰撞，以上均對結(jié)構(gòu)圖紙的精確性及準確性提出了更高的要求。
△結(jié)構(gòu)錯層特別不規(guī)則
為了滿足人們及社會的需求,建筑結(jié)構(gòu)逐漸變得功能化、多樣化、系統(tǒng)化,同時許多新型技術(shù)也被應用其中。
結(jié)語
建筑結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計方法區(qū)別在哪？性能化設(shè)計能給結(jié)構(gòu)工程師帶來什么價值？性能化設(shè)計的問題和如何繼續(xù)發(fā)展？將是我們在未來設(shè)計之路上不斷研究實踐的課題。本期以“珠海一中綜合樓”項目為例，分享了“性能化設(shè)計在多層建筑結(jié)構(gòu)中的應用”，后續(xù)我院結(jié)構(gòu)設(shè)計團隊將繼續(xù)分享更多項目的專題研究，歡迎持續(xù)關(guān)注。
撰稿 | 技術(shù)管理委員會、設(shè)計部、木易建筑工作室