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摘要:該觀景平臺為武漢市地鐵7號線風(fēng)塔的一部分,外形要求高,通過對該觀景平臺結(jié)構(gòu)進行有限元建模分析,經(jīng)過不同的結(jié)構(gòu)方案對比,巧妙的利用上下兩層的高度,用雙向交叉桁架的方式軸線從兩個方向均挑出8.735m的距離,斜向平臺邊長為20.5m,根據(jù)合理的方案后,通過加速度時程法進行舒適度分析,得出結(jié)論:經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計,長懸臂平臺能滿足舒適度的要求;觀景平臺設(shè)計時,要充分重視荷載不均勻分布帶來的不利影響。
關(guān)鍵詞:長懸臂;觀景平臺;舒適度
該高層建筑為市地鐵7號線風(fēng)塔,塔樓總建筑面積102122.85m2,地上建筑面積89526.21m2,地下建筑面積12596.64m2。塔樓大屋面標(biāo)高194.650,局部風(fēng)塔頂標(biāo)高210.000m,各層層高:地下負(fù)三層層高4.25m,地下負(fù)二層、負(fù)一層層高5.4m,1層層高5.60m,2~5層層高為4.50m,6~11,13~23,25~35層高均為4.10m,37~46層為4.20m;12、24、36層層高均為4.750m;37~46層局部收進,在43層設(shè)觀景平臺。該觀景平臺懸挑長度較大,而且質(zhì)量輕、自振頻率小,在人行激勵作用下的振動問題需受到人們的重視,當(dāng)外部激勵頻率與結(jié)構(gòu)自振頻率相近時容易激發(fā)共振。本文通過不同結(jié)構(gòu)體系的受力分析選擇出較為合理的結(jié)構(gòu)骨架;選取最適合本工程實際情況的人行走、跑步、跳躍激勵模型和舒適度評價標(biāo)準(zhǔn),然后根據(jù)踏步板的相關(guān)方案進行舒適度方面的計算。
一、結(jié)構(gòu)主要設(shè)計參數(shù)
軸線從兩個方向均挑出8.735m的距離,斜向平臺邊長為20.5m,從柱子外側(cè)形成了152.5m2的觀景平臺。
二、主要計算指標(biāo)
由于觀景平臺懸挑較多,觀景平臺的相對標(biāo)高較高,達(dá)到了177.8m,風(fēng)荷載比較大,風(fēng)荷載引起的吸力以位移較難滿足要求,因此采用了雙向交叉的桁架體系,上下弦利用42層、43層的水平橫梁,斜撐及桁架立柱均采用方鋼管300X30,材質(zhì)為Q345B。鋼構(gòu)件的應(yīng)力比和恒+活載作用下的彈性撓度均滿足規(guī)范的要求,且有較大的富裕。
三、觀景平臺大懸挑部位舒適度分析
為了解觀景平臺的動力特性,采用改進的Ritz向量法,通過模態(tài)分析,發(fā)現(xiàn)第7階模態(tài)的豎向振動模態(tài)占主要比例,通過模態(tài)計算可知第7階模態(tài)的自振周期是0.2875s,與人行荷載周期相差較多,基本不會引起共振。將時程曲線加載到模型在第7階模態(tài)反應(yīng)最劇烈的點后,通過時程分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)平臺整體應(yīng)力不大,平臺設(shè)計滿足舒適度的要求。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.77條規(guī)定樓蓋結(jié)構(gòu)應(yīng)具有適宜的舒適度,樓蓋豎向頻率不宜小于3HZ。采用mIDAS-GEN軟件分析觀景平臺處大懸挑樓蓋豎向振動,且樓板均按開洞考慮,豎向振動頻率為3.48HZ,滿足舒適度要求。
四、觀景平臺構(gòu)件中震及大震等效彈性驗算分析
(一)性能目標(biāo)中震弦桿、腹桿均彈性、大震均不屈服。(二)地震作用取值(四)中震彈性驗算結(jié)果驗算結(jié)果表明,中震作用下桁架各桿件的應(yīng)力比均小于1,滿足拉壓彈性要求。(五)大震不屈服驗算結(jié)果驗算結(jié)果表明,大震作用下桁架各桿件的應(yīng)力比均小于1,滿足拉壓不屈服要求,滿足預(yù)定的性能目標(biāo)。
五、結(jié)論
(1)對于觀景平臺,造型要求比較高,長懸臂結(jié)構(gòu)形式較為常見,經(jīng)過對比,上部拉纖方案往往影響觀景人員視野及平臺上部空間,而下支撐桁架方案能有效避免了此類問題,且支撐的存在更貼合建筑的特點,更易于同周邊環(huán)境融為一體,故在觀景平臺的項目中可優(yōu)先考慮此結(jié)構(gòu)方案。(2)從計算的云圖結(jié)果可以看出,弦桿最大應(yīng)變出現(xiàn)在懸挑端,為0.6~1.0倍的材料屈服應(yīng)變,腹桿的最大應(yīng)變出現(xiàn)懸挑根部,為0.6~1.0倍的材料屈服應(yīng)變,均滿拉壓不屈服要求,即可滿足預(yù)定的性能水準(zhǔn)。(3)通過模態(tài)分析,發(fā)現(xiàn)第7階模態(tài)的豎向振動模態(tài)占主要比例,通過模態(tài)計算可知第7階模態(tài)的自振周期是0.2875s,與人行荷載周期相差較多,基本不會引起共振。將時程曲線加載到模型在第7階模態(tài)反應(yīng)最劇烈的點后,通過時程分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)平臺整體應(yīng)力不大,平臺設(shè)計滿足舒適度的要求。用mIDAS-GEN軟件分析觀景平臺處大懸挑樓蓋豎向振動,且樓板均按開洞考慮,豎向振動頻率為3.48HZ,滿足舒適度要求。
參考文獻(xiàn):
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作者:邢明黨 單位:武漢市漢陽市政建設(shè)集團有限公司