前言
隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)建筑的需求也越來(lái)越多樣化和復(fù)雜化，同一棟建筑往往會(huì)被賦予多種功能，這對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)，需要應(yīng)對(duì)不同類型的荷載、復(fù)雜的幾何形狀，以及特殊的工程要求。本期『研之有物』，將對(duì)我院結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在“珠海市第一中學(xué)教學(xué)綜合樓”（以下簡(jiǎn)稱“珠海一中綜合樓”）項(xiàng)目中所面臨的結(jié)構(gòu)挑戰(zhàn)與技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)行專題分享。
△實(shí)景鳥瞰圖
01項(xiàng)目簡(jiǎn)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(gè)建筑單體：西側(cè)部分由6層教學(xué)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(bào)告廳，4層為排練廳。兩個(gè)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(jì)概述：
伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，性能參數(shù)不再僅僅被視作建筑的后評(píng)估指標(biāo)，而開始融入建筑設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)安全性能保證、能耗更少、舒適性更高、氣候適應(yīng)性更強(qiáng)的建筑形式。
建筑結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計(jì)，主要針對(duì)建筑抗震性而言，重點(diǎn)是深入的計(jì)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(duì)性的抗震加強(qiáng)措施，分析論證結(jié)構(gòu)可達(dá)到預(yù)期的抗震性能目標(biāo)。
△1200人報(bào)告廳大懸挑結(jié)構(gòu)實(shí)景
03本項(xiàng)目設(shè)計(jì)難點(diǎn)：
珠海一中綜合樓建筑功能多樣，建筑層高復(fù)雜，對(duì)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(cuò)層特別不規(guī)則等一系列難點(diǎn)，加之對(duì)教育類公建的高抗震要求，使得本項(xiàng)目面臨著巨大的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。
△游泳館大跨度結(jié)構(gòu)實(shí)景
04性能化設(shè)計(jì)措施：
（1）剪力墻抗震等級(jí)為三級(jí)，框架抗震等級(jí)為二級(jí)，大跨預(yù)應(yīng)力梁抗震等級(jí)提高至一級(jí)設(shè)計(jì)。
（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(biāo)，梁及墻柱配筋按中震、小震性能計(jì)算結(jié)果包絡(luò)設(shè)計(jì)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計(jì)。
（3）由于存在大量結(jié)構(gòu)錯(cuò)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(jì)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(shí)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(jì)算結(jié)果包絡(luò)設(shè)計(jì)。實(shí)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(chǔ)備，東側(cè)部分多功能報(bào)告廳看臺(tái)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(bǔ)充舒適度驗(yàn)算，滿足正常排練振動(dòng)激勵(lì)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(bào)告廳上方、排練廳上方最大跨度為26.1米，均采用大胯預(yù)應(yīng)力混凝土梁的結(jié)構(gòu)形式。該結(jié)構(gòu)形式優(yōu)點(diǎn)有：預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)充分利用高強(qiáng)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(bào)告廳的板面標(biāo)高復(fù)雜、造型復(fù)雜，以及報(bào)告廳的使用功能要求，結(jié)構(gòu)專業(yè)需要同舞臺(tái)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(duì)結(jié)構(gòu)圖紙的精確性及準(zhǔn)確性提出了更高的要求。
△結(jié)構(gòu)錯(cuò)層特別不規(guī)則
為了滿足人們及社會(huì)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(shí)許多新型技術(shù)也被應(yīng)用其中。
結(jié)語(yǔ)
建筑結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法區(qū)別在哪？性能化設(shè)計(jì)能給結(jié)構(gòu)工程師帶來(lái)什么價(jià)值？性能化設(shè)計(jì)的問題和如何繼續(xù)發(fā)展？將是我們?cè)谖磥?lái)設(shè)計(jì)之路上不斷研究實(shí)踐的課題。本期以“珠海一中綜合樓”項(xiàng)目為例，分享了“性能化設(shè)計(jì)在多層建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用”，后續(xù)我院結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)分享更多項(xiàng)目的專題研究，歡迎持續(xù)關(guān)注。
撰稿 | 技術(shù)管理委員會(huì)、設(shè)計(jì)部、木易建筑工作室