深圳市地铁大厦屋顶钢结构设计 - 结构理论

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1、深圳市地铁大厦屋顶钢结构设计-结构理论深圳市地铁大厦屋顶钢结构设计刘文清刘相仁(中建国际（深圳）设计顾问有限公司，深圳518033)提要深圳市地铁大厦为一超高层建筑物，在其屋顶部设有大小跨度的两个钢结构，其中大跨钢结构为主塔楼的屋盖，其跨度及高度均较大且自重大。本文主要对大跨钢结构的设计进行了详细的介绍。关键词深圳市地铁大厦屋顶钢结构设计-结构理论深圳市地铁大厦屋顶钢结构设计刘文清刘相仁(中建国际（深圳）设计顾问有限公司，深圳518033)提要深圳市地铁大厦为一超高层建筑物，在其屋顶部设有大小跨度的两个钢结构，其中大跨钢结构为主

2、塔楼的屋盖，其跨度及高度均较大且自重大。本文主要对大跨钢结构的设计进行了详细的介绍。关键词深圳市地铁大厦屋顶钢结构设计-结构理论深圳市地铁大厦屋顶钢结构设计刘文清刘相仁(中建国际（深圳）设计顾问有限公司，深圳518033)提要深圳市地铁大厦为一超高层建筑物，在其屋顶部设有大小跨度的两个钢结构，其中大跨钢结构为主塔楼的屋盖，其跨度及高度均较大且自重大。本文主要对大跨钢结构的设计进行了详细的介绍。关键词超高层建筑，钢结构，桁架，弹性支座，相贯线节点1．概况深圳市地铁大厦位于深圳市新中心区福中路与金田路口，北面是莲花山花园，东面是高层

3、住宅区，西面是青少年宫，南面是规划高层办公建筑。本建筑物地下四层，地上三十六层，总高151.5米，是一超高层办公建筑。其位于七度抗震设防区。采用框架（稀柱）核心筒结构体系。主楼平面尺寸为28.7mx58.8m。按建筑立面及功能要求，自标高127.45及132.25米起，分别设计了大小跨度的两个钢结构。大跨钢结构跨度20.8米，高24米；小跨钢结构跨度4.25米，高度19米，均为单跨，柱距4.2米。按建筑立面要求，这两个钢结构要完全脱开，其间不得有任何杆件连接，使立面更有雕塑感（见图一）；同时对梁柱的形式也有美观上的要求，即只能做

4、成单向圆管式桁架；按建筑功能要求，大跨度钢结构的屋面为避难层，为方便外墙清洁，屋面设有擦窗机，并布置了擦窗机的轨道，竖向荷载较大。2．抗侧力结构方案确定上述要求（见概况），增加了结构设计的难度。深圳的风荷载较大，100年一遇的风压刘文清，女，1966出生，高级工程师，国家一级注册结构工程师标准值为0.9kN/m2。为解决在如此高度处大跨度钢结构承受的水平力的传递问题，自标高132.25米起对称地将主楼内部的8.9mx9.2m的核心筒剪力墙上升至大跨钢结构屋顶（见图二），同时使大跨钢结构杆件与核心筒剪力墙可靠连接，以利用核心筒做抗

5、侧力结构来传递水平力。钢结构柱脚若为刚接，则要求其下的钢筋砼转换梁或框架柱的刚度足够大，以承担其传来的较大内力。经计算分析，我们认为此种做法不经济，也不甚合理。故柱脚按铰接处理，这样就要求钢结构屋面的刚度足够大，实际屋面做成150mm厚钢筋砼组合楼板，镀锌压型钢板1.0mm厚，并与核心筒可靠连接，以保证能将水平力有效地传递至核心筒。（结构平面布置图及剖面图见图三、图四）3．钢结构计算作为抗侧力结构的二个核心筒直接升至屋面，来承受钢结构部分传来的全部水平力。核心筒及钢结构杆件的平面布置见图二。从图中可以看出，钢结构共有14榀。因核

6、心筒的刚度很大，为使计算模型更为接近实际情况，将核心筒刚度简化为单榀钢架上的弹性支座作用在钢结构屋架的上弦杆上，每榀设5个弹性支座。计算过程如下所述。3.1作用在大跨钢结构上的荷载屋面恒荷载：7.0kN/m2局部屋面采光窗恒荷载：2.0kN/m2上人屋面活荷载：4.0kN/m2屋面擦窗机：70kN/台墙面玻璃幕墙恒荷载：2.0kN/m2此标高上的风压值：4.0kN/m2地在粗糙类别：C类地震设防烈度：7度地震分组：I组3.2钢屋架上弦杆弹性支座刚度的计算核心筒的长边为9200mm，宽边为8900mm，平均壁厚为500mm。其计算

7、简图如下：两座核心筒的截面惯性矩为：Icon=mm4混凝土核心筒分配到每榀钢架上的惯性矩：Ieach=核心筒采用C40标号混凝土，其弹性模量Econ=3.25x104N/mm2。根据挠度公式，可以推导出单榀钢架上弹性刚度：K=N/mm分配到桁架上弦5个弹性支座，作用在单个弹性支座上的刚度：N/mm，取Keach为50000N/mm。3.3钢结构的结构计算模型3.4计算结果整体计算，我们采用中国建筑研究院的PKPM系列中的SATWE程序计算风及地震作用；钢结构部分计算主要采用同济大学的3D3S程序，同时采用SAP2000进行校核。

8、所有钢材质为Q345B。计算结果如下：大跨度钢结构桁架梁上下弦采用Φ299x14钢管，上下弦杆中心线间距2.1米，其最大应力比为0.42；桁架梁腹杆采用Φ203x14钢管，其最大应力比为0.24；大跨度钢结构桁架柱弦杆采用Φ299x14钢管，两弦杆中心线间距1.