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关于柱网排布方式
先直接回答你第一个疑问:弧线建筑绝不是只能做找圆心发散式这一种。找圆心发散只是最常规、最便于定位的一种做法,实际工程里柱网排布方式多得很,看建筑形态和功能需求来定。
常见的弧线建筑柱网排布大致有这几种:
■ 圆心发散式——所有柱列沿半径方向布置,柱距在弧线方向外大内小,适合圆弧形建筑,定位方便,梁可以做成径向+环向的梁格体系
■ 平行式——柱网按直线正交网格布置,建筑外轮廓做弧线,柱子不跟随弧线走。这种做法结构最简单,但弧线位置会有悬挑板或者弧线边梁,建筑平面利用率要仔细算
■ 沿弧线等分式——柱子沿弧线等弧长布置,柱距一致,但每根柱子的径向位置不同,形成一条弧形柱列。梁顺着弧线方向走,板跨比较均匀
■ 网格式——整个平面用正交网格覆盖,弧线边界内的柱子保留,边界外的切掉。这种适合大跨度、规则功能的空间,弧线只是建筑外壳
■ 折线近似弧线——用多段直线柱网逼近弧线,每段直线柱网内是规则的,段与段之间用扇形板或者异形板过渡。施工最省事,很多实际项目这么干
关于非圆弧线的柱网处理
非圆弧线(椭圆、抛物线、自由曲线)确实不能简单找圆心,因为压根儿没有固定的圆心。这种时候几种处理思路:
■ 如果曲线曲率变化不大,用折线逼近是最经济的方式,把曲率变化控制在每段折线转角不超过10~15度,结构受力清晰,模板也好做
■ 如果曲率变化大,建议用网格法,先定一个正交基准网格,弧线边界内的柱位保留,边界处的柱子做局部偏移调整
■ 自由曲线建筑,柱网往往不规律,这时候梁板体系要跟着柱位走,板跨可能不一致,需要仔细核算每块板的受力
实际操作中,不管什么曲线,先定基准网格,再局部调整柱位,这是最常用的套路。完全跟着曲线走的柱网,除非建筑造型需要且甲方预算充足,否则不建议,造价和施工难度都会上去。
关于弧形建筑梁板结构的特殊要求
弧形建筑相比矩形建筑,梁板结构有几个点要特别注意:
■ 弧线边梁的扭矩问题——弧线梁在竖向荷载作用下会产生扭矩,这个在《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010(2015年版)第6.4节有明确规定,弧线梁的截面设计和配筋要考虑扭转效应,不能按普通直梁简单处理
■ 板跨不规则——弧形区域的楼板往往不是标准矩形,板的受力状态和配筋计算要按实际板块形状来,不能一律按单向板或双向板简化
■ 温度应力——弧形建筑特别是长条弧形,温度收缩应力比矩形建筑更突出,伸缩缝和后浇带的设置要仔细考虑
■ 水平推力——如果弧线梁或折线梁在支座处有较大转角,会产生水平分力,框架柱和节点区要核算这个附加内力
■ 楼盖体系选择——跨度大的弧形区域,可以考虑预应力梁板或者钢结构楼盖,减小梁高和自重
关于案例参考
实际项目里弧线建筑不少,可以翻翻这些:
■ 扎哈·哈迪德的作品,比如北京望京SOHO、广州大剧院,弧线处理得很极致,不过那都是超限结构,参考价值更多在建筑手法而不是常规结构做法
■ 深圳湾体育中心"春茧",弧形钢结构屋面做得很好
■ 各地高铁站站房,很多都是弧线造型,站房结构设计资料公开的比较多,可以参考
■ 一些商业综合体的中庭弧形楼板、弧形观光走廊,做法相对常规,参考价值更直接
建议先明确你这栋建筑的弧线是哪种类型(圆弧还是自由曲线)、大概跨度多少、几层、什么功能,这样能给你更具体的建议。不同情况处理思路差别挺大的。
以上内容基于我掌握的设计经验和规范知识,具体设计时请以现行有效版本的规范为准,涉及结构安全的内容建议咨询注册结构工程师,以正式施工图为准。 |
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