建筑期刊論文發(fā)表淺析杭州國際會議中心

　　摘 要：本文針對了杭州國際會議中心的結(jié)構(gòu)特殊性，對其C形開口部位和頂部肋環(huán)形殼體進(jìn)行整體屈曲分析，有效地解決了設(shè)計(jì)上存在的問題，并對類似結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有一定的參考意義。

　　關(guān)鍵詞：網(wǎng)殼; 屈曲分析; 荷載-位移曲線

　　1.工程概況[1]

　　杭州國際會議中心位于杭州市江干區(qū)錢塘江北岸的錢江新城核心，是集大型會議中心和白金五星級酒店于一體的錢江標(biāo)志性建筑(圖1)。

　　該建筑占地面積18500m2，地上總建筑74209 m2，地下總建筑面積52087 m2，其建筑分為地下室、橢球形的裙房、球形主體三大部分。地下兩層為汽車車庫、設(shè)備用房及酒店和會議的配套用房;裙房為會議中心部分，2層12m高，由宴會廳、會議廳、新聞發(fā)布廳等組成;球形主樓為白金五星級酒店，共19層85m高(圖2)。

　　該結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為一組，場地類別為Ⅱ類。抗震設(shè)防類別為乙類。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年。設(shè)計(jì)基本風(fēng)壓：0.50kN/m2，體型系數(shù)及風(fēng)振系數(shù)按風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果采用。

　　2.結(jié)構(gòu)體型

　　由于本工程特殊的空間球體的體型，造成主樓的結(jié)構(gòu)體系具有以下幾個特點(diǎn)：

　　(1)建筑平面為“C”形，結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則(圖3);

　　(2)建筑剖面為“C”形，結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則(圖2);

　　(3)結(jié)構(gòu)主平面在頂部連為“O”形，形成連體結(jié)構(gòu);

　　(4)由于建筑空間及立面造型要求，結(jié)構(gòu)框架柱均為斜柱，同時框架梁承擔(dān)軸向力作用，特別是“C”形開口部位的框架梁承擔(dān)的軸向力很大。

　　3.C型開口部位的整體屈曲分析

　　C形開口部位為結(jié)構(gòu)的重要部位，參與球體整體工作，必須采取必要的加強(qiáng)措施，確保在整體分析中其作用的發(fā)揮。同時，該處結(jié)構(gòu)構(gòu)件直接外露，建筑對結(jié)構(gòu)形式及截面提出了一定的要求。本工程對C形開口部位設(shè)計(jì)采取了多方案的比較：方案一、隔層設(shè)梁，并調(diào)整梁截面，端部設(shè)水平加腋斜撐，C形開口部位兩側(cè)的第一跨間設(shè)置沿球面的豎向斜撐;方案二、隔層設(shè)梁，并調(diào)整梁截面，53.5m標(biāo)高處設(shè)置腰桁架，設(shè)中間觀光平臺，開口連通，C形開口部位兩側(cè)的第一跨間設(shè)置沿球面豎向斜撐;方案三、隔層設(shè)梁，并調(diào)整梁截面，53.5m標(biāo)高處設(shè)置立體空間交叉腰桁架，C形開口部位兩側(cè)的第一跨間設(shè)置沿球面豎向斜撐。經(jīng)過多次計(jì)算、分析、比較，最終采用方案三。

　　因?yàn)镃形開口部位柱18.75～69.0m標(biāo)高差達(dá)50m，出平面穩(wěn)定無法按普通框架柱設(shè)計(jì)，因此補(bǔ)充了整體屈曲穩(wěn)定分析。

　　取A21軸和A25軸之間開口部位的結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體非線性穩(wěn)定分析，考慮材料非線性和幾何非線性[2]。分析中考慮結(jié)構(gòu)的初始幾何缺陷，以一階屈曲模態(tài)來模擬結(jié)構(gòu)的初始缺陷分析，實(shí)際計(jì)算時缺陷的最大值為跨度的1/300，即150mm。采用彈簧支座，彈簧剛度由整體模型中的反力和位移確定。

　　由圖5可以看出，該結(jié)構(gòu)的一階屈曲模態(tài)為柱子徑向壓屈;由圖6可以看出，該結(jié)構(gòu)的極限承載力為設(shè)計(jì)荷載的6.2倍。

　　4.單層肋環(huán)形頂殼整體屈曲分析

　　本結(jié)構(gòu)頂殼采用的是大跨度單層肋環(huán)形頂殼，為充分考慮初始缺陷對結(jié)構(gòu)的不利影響，應(yīng)用ANSYS有限元程序進(jìn)行整體穩(wěn)定非線性分析[2]。

　　取標(biāo)高73m以上的屋頂殼進(jìn)行整體非線性穩(wěn)定分析，考慮材料非線性和幾何非線性。分析中考慮結(jié)構(gòu)的初始幾何缺陷，以一階屈曲模態(tài)來模擬結(jié)構(gòu)的初始缺陷分布，實(shí)際計(jì)算時缺陷的最大值為跨度的1/300，即137.5mm。豎向約束采用彈簧單元，彈簧剛度由整體模型中的反力和位移確定。分析包括全跨均布荷載和半跨均布荷載兩種情況。

　　4.1 全跨均布荷載作用

　　考慮頂殼全跨均布荷載，計(jì)算結(jié)果如下：

　　4.2 半跨均布荷載作用

　　考慮頂殼半跨均布荷載，計(jì)算結(jié)果如下：

　　由圖10和圖13可以看出，全跨均布荷載作用下的頂殼的極限承載力為37.5kN/m2，而半跨均布荷載作用下頂殼的極限承載力低于全跨均布荷載作用下的極限承載力。

　　5.結(jié)論

　　(1)C形開口部位的一階屈曲模態(tài)為柱子的徑向壓屈，該結(jié)構(gòu)的極限承載力為設(shè)計(jì)荷載的6.2倍。

　　(2)頂部肋環(huán)形殼體在全跨均布荷載作用下的極限承載力為37.5kN/m2，而在半跨均布荷載作用下的極限承載力小于其全跨均布荷載作用下的極限承載力。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 姚偉軍、李建宏.杭州國際會議中心多遇地震反應(yīng)譜分析及彈性時程分析.建筑技術(shù)，2011增刊.第42卷

　　[2] 龔曙光. ANSYS工程應(yīng)用實(shí)例解析. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003

　　【作者簡介】姚偉軍(1979-)，男，江蘇人，工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

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