济南银座中心中庭膜结构设计与施工

一　工程概况

济南振兴街银座中心位于济南市经十路以北,纬十二路以西,经七路以南.其建成后将集购物、办公、娱乐、休闲为一体的综合性商业区,将成为济南西部地标式建筑.中庭膜结构位于购物中心中庭部分,为在原有建筑基础上增加膜结构.膜结构分外膜及内膜.外膜类似波浪状,内膜近似平坦,故内膜可作为投影天幕用.膜结构四周围护采用格栅式围护,因此此结构为开敞式建筑,其主体建筑的送排风、消防等设备设计及疏散、防火分区等建筑设计均无需修改.

整个模机构投影面积约为2350m2,为济南市目前较大的膜工程.膜结构东西投影长度为74.8m,南北投影长度为36m.膜结构将高度分别为28.65m,34.95m,37.2m的三个单体建筑连成一个整体.

二　结构方案及结构分析设计

本工程开始选用的方案为单层网壳方案.虽然网壳高低错落,造型优美,但网壳所产生的水平推力太大,从而对原主体结构产生的弯矩等内力也太大.又此结构为中庭结构,高度较高,跨度较大,后期维修费用较高,此方案不可行.选用平板螺栓球网架加膜材方案.具体做法是在原混凝土柱上立钢柱,网架支撑点落在钢柱上.为解决中庭的通风问题,网架比主体结构屋面至少高出2.4m.钢柱的顶标高定为39.6m.内膜通过附梁连接在下弦上,外膜通过附梁连接在上弦上.这里就遇到问题了.一个是位移释放的问题.前面讲过,膜结构是将高度不同的三个单体连接在了一起.原本,三个单体在风荷载及地震荷载等水平荷载作用下都有着各自的水平位移.一但将他们连在一起,那么,三个单体的各自水平位移受到限制,他们势必会反作用于平板网架上,对网架产生拉力,从而造成网架杆件破坏.为避免这种情况的发生,我们将34.95m及37.2m高的两个单体的支座做成水平无约束的支座形式.解决支座形式的问题,就需要用到桥梁常用的滑动支座.释放掉转动约束,水平向约束,只保留竖向约束.根据膜结构的高度定出沉降缝的宽度190mm,滑动支座的万向水平位移为190mm.滑动支座由专业生产厂家设计并制作.另一个就是沉降的问题了.三个单体的高度不同,沉降也不同.钢柱以及与钢柱相连的网架就会不均匀沉降,也会对网架产生拉力,造成网架杆件破坏.为此,采用橡胶支座的形式.橡胶支座由专业生产网架专用橡胶支座提供,材料性能符合JGJ7-91附录八相关要求.此方案施工可采用高空散装法施工在网架内部设检修马道,后期维修费用较低.因此,此方案可行.

三　荷载取值与计算模型

根据荷载规范,考虑了自重、恒载（0.5KN/m2）、活载（0.5KN/m2）、雪荷载（0.3KN/m2）风荷载、水平和属相地震作用及+150C和-350C的温差、检修马道及装饰挂钩荷载.工程抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度为0.05g,设计地震分组为第二组.风荷载的取值问题.该工程处于南边两个高楼之间,需对风压高度变化系数予以修正,修正系数η取1.4.高楼对该工程产生的风载群体干扰效应取值为1.2.结构计算时,检测定主体结构为不动刚体.该工程用3d3s软件计算分析,用Midas/Gen进行校核.

该工程网格为3.01mX2.91m,网架厚度为2m.工程平面结构不规则.球的规格易出现大直径的球.考虑到经济性与实用性,减小螺栓球直径及杆件大小,为此Φ300的螺栓球改用Φ500的焊接球.杆件的规格也控制在Φ180以内.网架计算挠度为97mm.结合工程受力情况,计算钢柱时整体建模,计算得到钢柱分别为Φ426X14、Φ356X12,材质均为Q345B.钢柱验算时偏安全的按悬臂柱验算,满足要求,并得到钢柱脚最大弯矩为565KN.m.钢柱柱脚采用外包式钢柱脚形式.膜材附梁为减小管材及H型钢的规格尺寸,膜材波峰波谷处每个螺栓球上加立柱Φ114X4.5,附梁规格为Φ140X5.为防止立柱侧向失稳,侧向加了支撑管件Φ48X3.5.

四　结语

通过采用网架和膜材,很好的解决了39米高度上大跨度结构的安装及后期维护问题.通过此工程,也可以为大跨度建筑施工提供一种解决思路.