深圳市华阳国际工程设计股份有限公司广州分公司 510655
摘要：城市综合体是目前国内城市建设过程中经常出现的建筑形体，具有体量大、功能多样化、开洞多、为实现方案需要结构设计条件受限多等特点。选择安全、经济、合理及最大限度实现建筑方案效果的结构方案是结构设计的主要任务。本文通过广州越秀展览中心项目，阐述了在大都市中心区域受限制条件较多的城市综合体项目设计思路及方法。
关键词：大跨度、转换、地铁
1 工程概况
建设单位：广州体育大厦有限公司
工程名称：广州体育大厦越秀展览中心
建设地点：广州市越秀区越秀公园西门对面，中国大酒店对面。
建筑规模：本项目位于广州市越秀区原广州锦汉展览中心用地内，属于流花商圈。地块总用地面积为23438平方米，其中可建设用地面积为22869平方米，用地东面紧邻城市主干道解放北路，用地南面为流花路，与中国大酒店隔路相望，地铁2号线越秀公园站在地块设有出入口。拟建成地上16层，地下3层的集展览、会议、办公、商业等多种功能为一体的综合楼，建筑高度64.90m，总建筑面积约为135902平方米。本项目场地现状为已存在一栋于2002年建成的呈长条状的4层地下室，其中广州地铁二号线区间从负四层穿过，负四层部分区域还用作地铁的高压电房；上部塔楼首层~六层为商业裙楼；七层~十六层分为南北两栋办公塔楼。
图3 平面示意图 图4 结构二层平面示意图
2 设计难点
本项目设计难点主要在裙楼。主要有以下几点：
1、地铁投影范围上方的裙楼有约48x54米大空间，在首层为的大型展厅，二层中空，三层楼面设有大型宴会厅，四层中空，五、六层为大型会议室，屋面考虑40公分覆土绿化。建筑对展厅高度要求较高。具体位置详图4 C-C剖面。
2、由于原地铁已施工四层地下室，预留桩基础承载力不足但现不具备加固条件，共有五榀裙楼框架柱需在二层楼面进行转换。转换跨度约50米。具体位置详图4 A-A及B-B剖面。
图五 A-A剖面图 图六 B-B剖面图 图七 C-C剖面图
3 结构方案选择
为减小结构自重，同时方便节点设计及施工，所有大跨度结构均采取钢结构。针对设计难点分别采取的结构方案如下：
1、A-A剖处，由于其下方负四层为地铁电房范围，地面以下四层地下室已施工完成。原桩基础设计时未考虑上部裙楼荷载，桩承载力相差较远，故共有五条框架柱需要转换，跨度约50米。设计采用两层高（约10米）的钢桁架转换方案，将上部裙楼荷载转至两侧新建的框架柱。利用四层楼面钢梁作为桁架上弦杆，利用二层楼面钢梁作为桁架下弦杆。为减小桁架两端的斜腹杆内力及增加结构的富余度，两侧设计成交叉腹杆结构型式。上、下弦杆钢梁设计截面为850x600x30x30，斜腹杆设计截面为900x600x50x50。
2、B-B剖处，其下方同样为地铁电房，但由于原桩基础设计考虑荷载富余度比A-A剖处要大，增设裙楼后原基础承载力稍有不足，故类似A-A剖做法对其中间五条框架柱进行转换处理。与A-A剖不同之处在于：a、对结构的模拟施工顺序进行特别指定。要求先施工两侧新建框架柱及二层楼面及以上结构，待上部主体结构施工完成，恒载效应已通过钢桁架传至两侧框架柱。此时，恒载作用效应下产生的结构变形已基本完成，再施工首层的五条框架柱。采取这种处理方案后，原基础设计承载力即可满足上部新建结构荷载要求。b、桁架两端斜杆受力相对较小，故采取W型腹杆型式。
3、C-C剖处，最初建筑方案设计时考虑两种方案。建筑方案一：首层为展厅、三层为宴会厅、五层及六层为会议室、屋面考虑400mm覆土。建筑方案二：首层为展厅、三层及四层为会议室、五层宴会厅、六层中空、屋面考虑400mm覆土。考虑到屋面覆土荷载较大，如采用建筑方案二，则结构梁高（桁架高度）较大，建筑层高受影响。故最终采用建筑方案一。按照建筑及设备专业的要求，提供设备铺设管线及吊顶的高度需在1.3m以上，而梁高与设备管线的总高度需控制在2m左右。为保证展厅净高及设备管线铺设要求，虑采用钢桁架，桁架上下弦杆之间的空间供设备走管。钢桁架中心高度控制在2米（上弦面至下弦底2.2米）。针对三层的桁架，在设计时进行了沿短向布置桁架（方案一，图八）、沿短向布置立体桁架（方案二，图九）和沿双向布置桁架（方案三，图十）三种方案对比。
图八 短向布置的桁架（方案一） 图九 短向布置的立体桁架（方案二） 图十 双向布置的桁架（方案三）
考虑到原地铁区域桩已施工且部分桩承载力稍有不足、交叉桁架现场焊接工作量大、以及柱对建筑功能的影响等因素，不采取方案三。相对于方案一，方案二具有以下优点：1、立体桁架与框架柱连接应力更趋于分散； 2、立体桁架超静定次数比单榀高，抗连续倒塌能力强； 3、单榀重量降低一半，施工难度小。 4、构件钢板厚度降低一半，焊接应力降低，可靠性提高。 5、楼层组合梁跨度减小，桁架上弦与组合楼板的组合能力大大加强，提高了楼层结构安全性。综合考虑后，采用方案二立体双榀桁架结构。
4 分析结果
图十二 竖向荷载作用下不考虑楼板时（左）、考虑楼板时（右）大跨钢桁架内力分析结果
针对上图A-A剖面中的转换桁架进行分析，在竖向荷载作用下，结构对两侧柱子具有较大的推力。可考虑采用预拉力等措施减小对柱子的推力。恒载作用下的分析结果详见下图十一；
针对上图C-C剖面的大跨度桁架进行分析，考虑到组合楼板与钢梁通过销钉的连接不如钢筋砼现浇楼板刚度好，故按考虑楼板和不考虑楼板两种情况进行计算，结果详见下图十二。从而得知，上下弦杆的受力由不考虑楼板作用的工况控制。
5 结束语
本工程受实际制约因素较多（比如部分建筑物基础已施工完成、底下为地铁区域，施工条件受限等），但只要在设计中通过采用合理的结构型式以及模拟施工顺序的调整，即可改变结构受力传导路径使得原来已施工基础能满足新的设计要求。大跨度结构设计中，方案的选择尤其重要。通过各种方案的对比，综合考虑结构设计与施工的便利性等各种因素后选择最契合项目现状的结构方案，并通过各种工况下的内力分析计算，最终做出经济、合理的结构设计。
参考文献
《广州越秀展览中心-抗震超限设计可行性报告》
论文作者:龙原野
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第10期
论文发表时间:2018/8/29
标签：桁架论文; 方案论文; 结构论文; 越秀论文; 楼板论文; 荷载论文; 建筑论文; 《建筑学研究前沿》2018年第10期论文;