防屈曲耗能支撐在世博中心工程中的應用研究

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上?，F代設計集團華東建筑設計研究院:周建龍副總工程師
 
周建龍：各位領導、各位專家、各位同行，上午好！時間比較長了，我盡可能在規(guī)定內完成報告。

“世博中心”剛才前面幾位專家介紹了，它是5大永久場館的重要組成部分之一。我匯報的內容大概有工程的情況，還有結構選型，重點放在防屈曲耗能支撐方面。世博中心靠近黃浦江，世博軸的西側，它的面積大概是14萬平方米，地上是10萬，地下是4萬左右，高度30多米，有一個限高的要求，中國館，包括世博演藝中心是40米，這個是39米。

剛才看到的效果圖看起來是方方正正的，外形是比較方正的，但是里面的功能還是非常地多，我覺得是非常復雜的。這里看一下，藍顏色的底層有一個比較大的多功能展廳，頂上又是一個宴會廳，大概1000人的宴會廳，這里面是一個大空間，大空間疊在一起，東側靠近中庭，紅顏色這個是2500人的會議廳，世博中心這個項目本身今后可能上海市開兩會的時候就搬到那里去，現在基本上是老的展覽中心做。還有600人的會議廳，會議廳的話可能是今后市委的一些成員會在那里開一些政府會議。

這里外表看起來還是比較規(guī)則的，但是實際上里面都是一些大塊的會議廳。東側這一塊是一個懸挑的，所以柱子都是不能落地的，這一塊是從上面吊下來懸掛的。這是它的建筑圖，我們大概地可以看一下，底層是一個大的展廳，這個跨度不算大，大概54米左右。這一塊是今后開兩會的地方。旁邊灰色區(qū)域的話，開會的話主要是因為有很多的會場，要滿足他們一些分層討論的要求。

這是四層平面，2層、3層這個地方是圍合的，盡管這個地方很小，但是是圍合的。2層、3層這里是連起來的，又跟東側2500人會議廳是聯系起來的，很窄的一條樓板聯系，這一塊是連起來的。整個建筑非常長，地下室的范圍是4百米左右的長度，寬度也有1百多一點，一分開以后整體性比較差，一上來也考慮過連在一起，這是一個懸高結構，所以后來還是考慮分開來。

展廳的上面是一個5000人的宴會廳。這是7層的。中庭從上到下都是沒有樓板的。這些都是一些會議廳，相對來說西側這一塊稍微低一點，這是一個剖面圖。這是一個展區(qū)，這是一個縱剖面，這是一個大的空間，這是一個整個大空間，上面又是一個大空間，大空間是疊在一起的。這就是東側的一個剖面，這是西側的剖面。

基礎。基礎的話，因為上海地區(qū)是比較常規(guī)的，采用了后注漿，北側我們看到它堆土大概是5、6米高，我們一開始也擔心因為大面積的堆土對樁的承載力可能有影響。后來發(fā)現影響不是太大。

下面是結構體系，這是大跨，后來我們還是考慮采用框架結構+大跨鋼架，局部懸掛的作用，這個支撐是防屈曲支撐，這個目的我待會兒要說一下，因為開兩會的話講起來都是上海市的一些重要人物，所以我們要把一些抗震的性能提高。

這是防屈曲支撐跟我們的混凝土芯筒結構相比這是比較常規(guī)的，我認為這個問題大家要重視一下，現在設計是不錯的，但是節(jié)點的話實際上施工我們去看的時候嚇一大跳，節(jié)點的可靠性我覺得要引起足夠的重視，我們設想很好，但是實際上到底做成什么樣的話都值得懷疑，最后的抗震性能怎么樣我覺得要引起重視。鋼結構可能比較可靠一點。

有紅顏色的地方都是樓梯間，現在的樓板非常多，我們的想法是怎么樣的呢，你靠樓板整體受力還是有一些困難的，我們想分片各自承受相關的力量，包括中庭這個地方，我們這一塊還是要靠它自己來承受。

這里布置了一些桁架，有一些是有支撐的，有一些地方夾層正好有一些樓板，那就不用支撐了。這是5層，這個地方是開口，開口帶來的問題是扭轉非常地嚴重，這是7層平面，這個地方封閉的話是用桁架來進行封閉的，這里還有一個是旋轉，這里有一個觀景平臺，正好面對著浦江的美景。

這一塊上面是懸吊下來的。這是屋頂，屋頂的采光。這是剖面，我們底下布置的位置有一個最基本的原則，它最好是不要受力，不要受力，像這些位置的話，因為都是大跨度的，雖然承受力比較大，但是我們基本還是考慮可以不承受豎向荷載力，因為損壞以后需要更換。

這是大會議廳的，2500人大會議廳的體系。這是政務廳的，可以先看一下。這是縱向的，縱向的是樓梯間。性能目標的話我們自己提了一個性能目標，檢查的時候他們也基本上認同這個性能目標。普通的框架支撐我們引用了混合支撐一樣的。

結構特點我前面說了，因為平面圖復雜，樓面大面積開洞，樓面質量分布不均勻，扭轉不規(guī)則，結構整體性差。下面是布局方面采取的措施，3層、4層之間布置樓面桁架。還有承載力，分塊承受，進行樓板應力分析并對開洞部位承載力加強。

這個是圖式，東區(qū)樓面桁架的加強，這個是中庭區(qū)，這個是單層結構的一些復合。整體計算的時候對層的依賴性是比較小的。第二個是對我們現在要控制的指標，還是要關注的，要拿出來，而不是整個位移拿出來，也不是說哪一點是哪一點。這是單榀的分析，這是樓板應力分析。樓板的聯系起著非常重要的作用，要對這些樓板進行加強，怎么樣加強呢，下面設置了部分鋼板，樓板應力非常大的時候還是非?？煽康?。

這是東區(qū)懸掛的，包括這里還有豎向的原則，我們按照規(guī)章的要求來做。這些重要構件性能目標要求更加高一些，我們都會按照設計的要求進行計算。我們這個地方因為懸掛的，所以這個地方的跨度也是非常大的，存在一個振動的問題。這些是我們按照美國SCI要求來做的，根據它的要求來做的。

這是一個介紹過程，實際上大宴會廳有5000人，這也是人員密集的地方，我們按照SCI的要求去做以后是能夠滿足的。實際上建成以后人上去以后是沒有感覺的，比我們想象的要好，一定要從經濟上，或者是從其他的方面來考慮到。而且這些對樓面振動的改善不僅是物理，還有生理上的，心理上的，還有一些工程要求都在做了。相對來說效能還是比較高的。

這里還有柱腳節(jié)點，柱腳節(jié)點局部可能會出現一些拉力，當然不是很大，不過按照構造部分來說我們會按照抗壓能力來設計，我們會按照一些抗拉力的東西來做。

下面我重點講一下消能減震，這個耗能的東西實際上增加了阻力以后，這是一個復雜的東西。最早的原意應該是防止壓桿的屈曲。這是它的特點，跟普通框架比較，我用普通的支撐，在同樣性能的目標情況下我們有一個比較的前提，這個前提必須是一致的。假如說目標都是小震的話，那體現不出來什么，一定要是在到了中震和大震以后才可以體現出來。而且你假設用普通支撐的話那普通支撐的截面、斷面會增大。像框架支撐結構的話我們現在主要要尋求一個剛度和變形的協調、平衡性。

這個是國內、外使用的情況，包括北京也用了一些，日本用得相對來說比較多一點，日本、臺灣用得比較多一點。同濟大學也致力于國產化，也做了一些。實際上我們在世博中心也用了一點。從制造方面來看冠達爾、滬寧鋼機也受到一些國外公司的委托制造。

這是一些經濟可行性的比較。國產的東西比較少，進口賣得又非常貴，可能按照國產價格來說是1萬塊錢一根，如果是進口的話可能賣到4萬、5萬，是這樣的情況。

下面我講一下防屈曲耗能支撐的特點，還有我們設計當中應該注意哪些問題，節(jié)點設計啊，還有一些設計標準啊，因為這些東西國內都沒有相關的標準來進行支撐。這是比較籠統的要求。

它的特點最主要的東西可能是一個芯材，芯材的要求實際上是最嚴格的，還有各種相關性。這個跟加載的速度有關系，還有一個是位移振幅相關性，用的鋼材強度一般性都不會太高的，有160，有225啊。再往上高就比較少了。

環(huán)境條件相關性相對來說不敏感，基本上0到40度沒有什么問題。低于0度也基本上也沒有什么問題。時間相關性基本上是沒有的。我這是跟其他的一些相比，來比較它的特點。它的極限狀態(tài)分為兩個：一個是單方向位移下的變形能力，還有循環(huán)位移下的變形能力。循環(huán)位移下的變形能力，像地震你可以承受多少來回，消耗的能量，假如是小位移下主要是用于抵抗疲勞的問題，一般性是疲勞的問題。

芯材選擇的話都比我們普通的鋼材要小得多，相對來說是比較純粹的。第二個，它的強度是比較穩(wěn)定的，所以我們不管做的是160，還是225的東西，都是要求它的振幅20、振幅25，這是一般鋼材達不到的，但是這個的非常要求。

這是參數的確定，它分段的，邊上部位是分段計算的，軸向剛度。第二個是單向的變形能力，比如說500分之1，你這個構造、這個芯材是不是可以滿足這么大變形的要求，這是有一個計算辦法的。

第二個是我剛才說的累計塑性變形值。這是布置原則，第一個是地震作用下的內力較大的支撐，第二個是地震作用下的層間位移較大的樓層，提高使用效率。

第二個是按照這個原則布置的位置，這個是中向的，承載力確定的話，剛度不能太大，但是也不能太少，太少的話非常容易出現疲勞。前面的原則是要進行很多次的試算。塑性的順序是不是在控制的范圍內，跟我們的設想是否一致。這是我們的要求。

這是監(jiān)測跟一些位移的計算結構。這是按照常規(guī)支撐來做減少了多少。

這個節(jié)點的連接方式有一個間隙，節(jié)點存在的是，你設計周邊梁柱和節(jié)點的時候一定要考慮到芯材的應變強化，應變強化的幅度還是非常大的，這里算的是1.4，但是可能1.5、1.6也有，還有拉壓，拉壓還是有一點不一致的，拉的時候可能小一點。這是本身構件設計的要求。這是梁柱設計，最好是梁柱能夠高一點。

這是我們最后驗收的一些標準、要求，包括它的允許范圍，這個地方的間隙留得少的話，它壓縮的時候不夠。這是對產品性能的要求，這是最后做出來的，實際的產品做出來非常地飽滿。我們用了兩個住友金屬，這是它內部的構造，大家可以看一下，這次非常容幸他們都敞開來給我們看了一下。這是裝好以后的情況。

這是現場的照片，這是5000人的宴會廳。我們?yōu)榱撕喕?，都用H型鋼，一方面是用鋼梁，還有一方面連接非常復雜。這是安裝，我們現在是用螺絲安裝的，這是中庭鋼的安裝。這是2600人會議室的安裝。這是前幾天拍的。

基本上結束了。好的。謝謝大家！