预应力楼板上的结构设计施工技术论文_丁美志

上海通用金属结构工程有限公司 201900

摘要：世博会主题馆楼面上布置的展馆群的结构设计施工是通过钢结构箱型地梁传递柱底反力至楼面砼梁的结构体系，解决了楼板承载力不足及柱底与楼板连接的问题。

关键词：基础反力；创新设计；结构模型与验算；刚度验算；梁承载及变形验算；全站仪定位

世博主题馆城市人馆的设计施工是在建筑面积约14000m2的混凝土结构±0.000标高楼面（下部为地下室）上布置7个钢结构展馆群，分别为工作馆、家庭馆、学习馆、健康馆、交往馆、人民就是城市和居住城市。

城市人馆为了创造多元、多样的融合空间，不仅在展区内部利用各种各样的视觉元素形成自己的风格，而且各展馆外形呈现多样的特点。工作馆是圆形的，圆心处是一独立圆形展台，外圈为环形双层螺旋式钢步道；家庭馆是方形的，外框架为矩形饰面，内部为半圆形和矩形结合的钢步道；学习馆是梯形的，中心位置是下部小上部大的菱形柱体；健康馆是扇形的；交往馆是穹顶圆形的，外框架为下部小上部大的圆形结构，内部是半球形结构；人民就是城市为“L”形；和居住城市是折线形。通过多样的形态，展馆空间的多样性得到明显提升，另外展馆中还布置有高架步道，使参观者可以从高处看到各个方位的不同场景，真正实现多元、多样的空间体验。同时为了应对几千万的超大客流，即使钢结构步道上站满参观者，也要提供绝对安全保障，以上要求，给钢结构设计施工带来了很大的难度。

各单体展馆的结构高度为15m，根据功能要求需考虑装饰荷载、灯光等设备荷载、屋面检修荷载和风道、喷淋等管道荷载。因混凝土楼板的厚度限制、承载限制以及保护预应力楼板钢筋，框架柱底与楼板连接无法做成刚接；只能采取框架上部刚接，柱底铰接的结构形式。框架上部刚接采用常规做法，关键在于解决柱底与楼板的铰接做法。按建筑要求利用计算机建立结构模型后，模型输出的柱基础反力平均为75kN，最大值为310kN，而混凝土楼板的承载应力不超过20kN/m2；如果直接作用在楼板上就超过了楼板的承载极限。为此，首先要解决这对矛盾，从而保证原建筑的安全和展示结构的安全。我们首先想到以下两种方案：

一、柱底板直接作用在楼板上，增大柱底板，把集中力转化为均布应力。对最大柱底反力，其柱底板面积为：S=310KN/20kN/m2=15.5m2，而此柱的柱间距为2.95m；并且柱底要设置加劲板，装饰要求钢构件必须全部包住不能外露。这么大尺寸的柱底板不满足柱距要求，柱底板的包装对装饰也是几乎不可完成的，所以此方案不可行。

二、在柱底设置混凝土条形基础。钢柱底通过锚栓固定于条形基础内，经计算柱底锚栓长度不应小于520mm，钢柱底节点的要求混凝土基础的宽度不小于500mm，计算得出的混凝土条形基础的最小截面尺寸应为560mmx500mm。如结构按此施工，后续装饰施工整个地平面将调高600mm，则不满足使用要求，故此方案亦不可行（能满足结构安全，不能满足建筑要求）。

结合前两个方案，针对柱脚受力，我们主要解决几点：1，降低柱脚锚固高度，2，有效均匀分散柱脚集中荷载，3，使所有内馆立柱的柱脚力不作用在原结构混凝土楼面上，将受力传导到原结构楼面梁上；解决好这三