防屈曲耗能支撑在世博中心工程中的应用研究

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上海现代设计集团华东建筑设计研究院:周建龙副总工程师
 
周建龙：各位领导、各位专家、各位同行，上午好！时间比较长了，我尽可能在规定内完成报告。

“世博中心”刚才前面几位专家介绍了，它是5大永久场馆的重要组成部分之一。我汇报的内容大概有工程的情况，还有结构选型，重点放在防屈曲耗能支撑方面。世博中心靠近黄浦江，世博轴的西侧，它的面积大概是14万平方米，地上是10万，地下是4万左右，高度30多米，有一个限高的要求，中国馆，包括世博演艺中心是40米，这个是39米。

刚才看到的效果图看起来是方方正正的，外形是比较方正的，但是里面的功能还是非常地多，我觉得是非常复杂的。这里看一下，蓝颜色的底层有一个比较大的多功能展厅，顶上又是一个宴会厅，大概1000人的宴会厅，这里面是一个大空间，大空间叠在一起，东侧靠近中庭，红颜色这个是2500人的会议厅，世博中心这个项目本身今后可能上海市开两会的时候就搬到那里去，现在基本上是老的展览中心做。还有600人的会议厅，会议厅的话可能是今后市委的一些成员会在那里开一些政府会议。

这里外表看起来还是比较规则的，但是实际上里面都是一些大块的会议厅。东侧这一块是一个悬挑的，所以柱子都是不能落地的，这一块是从上面吊下来悬挂的。这是它的建筑图，我们大概地可以看一下，底层是一个大的展厅，这个跨度不算大，大概54米左右。这一块是今后开两会的地方。旁边灰色区域的话，开会的话主要是因为有很多的会场，要满足他们一些分层讨论的要求。

这是四层平面，2层、3层这个地方是围合的，尽管这个地方很小，但是是围合的。2层、3层这里是连起来的，又跟东侧2500人会议厅是联系起来的，很窄的一条楼板联系，这一块是连起来的。整个建筑非常长，地下室的范围是4百米左右的长度，宽度也有1百多一点，一分开以后整体性比较差，一上来也考虑过连在一起，这是一个悬高结构，所以后来还是考虑分开来。

展厅的上面是一个5000人的宴会厅。这是7层的。中庭从上到下都是没有楼板的。这些都是一些会议厅，相对来说西侧这一块稍微低一点，这是一个剖面图。这是一个展区，这是一个纵剖面，这是一个大的空间，这是一个整个大空间，上面又是一个大空间，大空间是叠在一起的。这就是东侧的一个剖面，这是西侧的剖面。

基础。基础的话，因为上海地区是比较常规的，采用了后注浆，北侧我们看到它堆土大概是5、6米高，我们一开始也担心因为大面积的堆土对桩的承载力可能有影响。后来发现影响不是太大。

下面是结构体系，这是大跨，后来我们还是考虑采用框架结构+大跨钢架，局部悬挂的作用，这个支撑是防屈曲支撑，这个目的我待会儿要说一下，因为开两会的话讲起来都是上海市的一些重要人物，所以我们要把一些抗震的性能提高。

这是防屈曲支撑跟我们的混凝土芯筒结构相比这是比较常规的，我认为这个问题大家要重视一下，现在设计是不错的，但是节点的话实际上施工我们去看的时候吓一大跳，节点的可靠性我觉得要引起足够的重视，我们设想很好，但是实际上到底做成什么样的话都值得怀疑，最后的抗震性能怎么样我觉得要引起重视。钢结构可能比较可靠一点。

有红颜色的地方都是楼梯间，现在的楼板非常多，我们的想法是怎么样的呢，你靠楼板整体受力还是有一些困难的，我们想分片各自承受相关的力量，包括中庭这个地方，我们这一块还是要靠它自己来承受。

这里布置了一些桁架，有一些是有支撑的，有一些地方夹层正好有一些楼板，那就不用支撑了。这是5层，这个地方是开口，开口带来的问题是扭转非常地严重，这是7层平面，这个地方封闭的话是用桁架来进行封闭的，这里还有一个是旋转，这里有一个观景平台，正好面对着浦江的美景。

这一块上面是悬吊下来的。这是屋顶，屋顶的采光。这是剖面，我们底下布置的位置有一个最基本的原则，它最好是不要受力，不要受力，像这些位置的话，因为都是大跨度的，虽然承受力比较大，但是我们基本还是考虑可以不承受竖向荷载力，因为损坏以后需要更换。

这是大会议厅的，2500人大会议厅的体系。这是政务厅的，可以先看一下。这是纵向的，纵向的是楼梯间。性能目标的话我们自己提了一个性能目标，检查的时候他们也基本上认同这个性能目标。普通的框架支撑我们引用了混合支撑一样的。

结构特点我前面说了，因为平面图复杂，楼面大面积开洞，楼面质量分布不均匀，扭转不规则，结构整体性差。下面是布局方面采取的措施，3层、4层之间布置楼面桁架。还有承载力，分块承受，进行楼板应力分析并对开洞部位承载力加强。

这个是图式，东区楼面桁架的加强，这个是中庭区，这个是单层结构的一些复合。整体计算的时候对层的依赖性是比较小的。第二个是对我们现在要控制的指标，还是要关注的，要拿出来，而不是整个位移拿出来，也不是说哪一点是哪一点。这是单榀的分析，这是楼板应力分析。楼板的联系起着非常重要的作用，要对这些楼板进行加强，怎么样加强呢，下面设置了部分钢板，楼板应力非常大的时候还是非常可靠的。

这是东区悬挂的，包括这里还有竖向的原则，我们按照规章的要求来做。这些重要构件性能目标要求更加高一些，我们都会按照设计的要求进行计算。我们这个地方因为悬挂的，所以这个地方的跨度也是非常大的，存在一个振动的问题。这些是我们按照美国SCI要求来做的，根据它的要求来做的。

这是一个介绍过程，实际上大宴会厅有5000人，这也是人员密集的地方，我们按照SCI的要求去做以后是能够满足的。实际上建成以后人上去以后是没有感觉的，比我们想象的要好，一定要从经济上，或者是从其他的方面来考虑到。而且这些对楼面振动的改善不仅是物理，还有生理上的，心理上的，还有一些工程要求都在做了。相对来说效能还是比较高的。

这里还有柱脚节点，柱脚节点局部可能会出现一些拉力，当然不是很大，不过按照构造部分来说我们会按照抗压能力来设计，我们会按照一些抗拉力的东西来做。

下面我重点讲一下消能减震，这个耗能的东西实际上增加了阻力以后，这是一个复杂的东西。最早的原意应该是防止压杆的屈曲。这是它的特点，跟普通框架比较，我用普通的支撑，在同样性能的目标情况下我们有一个比较的前提，这个前提必须是一致的。假如说目标都是小震的话，那体现不出来什么，一定要是在到了中震和大震以后才可以体现出来。而且你假设用普通支撑的话那普通支撑的截面、断面会增大。像框架支撑结构的话我们现在主要要寻求一个刚度和变形的协调、平衡性。

这个是国内、外使用的情况，包括北京也用了一些，日本用得相对来说比较多一点，日本、台湾用得比较多一点。同济大学也致力于国产化，也做了一些。实际上我们在世博中心也用了一点。从制造方面来看冠达尔、沪宁钢机也受到一些国外公司的委托制造。

这是一些经济可行性的比较。国产的东西比较少，进口卖得又非常贵，可能按照国产价格来说是1万块钱一根，如果是进口的话可能卖到4万、5万，是这样的情况。

下面我讲一下防屈曲耗能支撑的特点，还有我们设计当中应该注意哪些问题，节点设计啊，还有一些设计标准啊，因为这些东西国内都没有相关的标准来进行支撑。这是比较笼统的要求。

它的特点最主要的东西可能是一个芯材，芯材的要求实际上是最严格的，还有各种相关性。这个跟加载的速度有关系，还有一个是位移振幅相关性，用的钢材强度一般性都不会太高的，有160，有225啊。再往上高就比较少了。

环境条件相关性相对来说不敏感，基本上0到40度没有什么问题。低于0度也基本上也没有什么问题。时间相关性基本上是没有的。我这是跟其他的一些相比，来比较它的特点。它的极限状态分为两个：一个是单方向位移下的变形能力，还有循环位移下的变形能力。循环位移下的变形能力，像地震你可以承受多少来回，消耗的能量，假如是小位移下主要是用于抵抗疲劳的问题，一般性是疲劳的问题。

芯材选择的话都比我们普通的钢材要小得多，相对来说是比较纯粹的。第二个，它的强度是比较稳定的，所以我们不管做的是160，还是225的东西，都是要求它的振幅20、振幅25，这是一般钢材达不到的，但是这个的非常要求。

这是参数的确定，它分段的，边上部位是分段计算的，轴向刚度。第二个是单向的变形能力，比如说500分之1，你这个构造、这个芯材是不是可以满足这么大变形的要求，这是有一个计算办法的。

第二个是我刚才说的累计塑性变形值。这是布置原则，第一个是地震作用下的内力较大的支撑，第二个是地震作用下的层间位移较大的楼层，提高使用效率。

第二个是按照这个原则布置的位置，这个是中向的，承载力确定的话，刚度不能太大，但是也不能太少，太少的话非常容易出现疲劳。前面的原则是要进行很多次的试算。塑性的顺序是不是在控制的范围内，跟我们的设想是否一致。这是我们的要求。

这是监测跟一些位移的计算结构。这是按照常规支撑来做减少了多少。

这个节点的连接方式有一个间隙，节点存在的是，你设计周边梁柱和节点的时候一定要考虑到芯材的应变强化，应变强化的幅度还是非常大的，这里算的是1.4，但是可能1.5、1.6也有，还有拉压，拉压还是有一点不一致的，拉的时候可能小一点。这是本身构件设计的要求。这是梁柱设计，最好是梁柱能够高一点。

这是我们最后验收的一些标准、要求，包括它的允许范围，这个地方的间隙留得少的话，它压缩的时候不够。这是对产品性能的要求，这是最后做出来的，实际的产品做出来非常地饱满。我们用了两个住友金属，这是它内部的构造，大家可以看一下，这次非常容幸他们都敞开来给我们看了一下。这是装好以后的情况。

这是现场的照片，这是5000人的宴会厅。我们为了简化，都用H型钢，一方面是用钢梁，还有一方面连接非常复杂。这是安装，我们现在是用螺丝安装的，这是中庭钢的安装。这是2600人会议室的安装。这是前几天拍的。

基本上结束了。好的。谢谢大家！