超高层建筑超大观景平台受力分析

摘要:该观景平台为武汉市地铁7号线风塔的一部分，外形要求高，通过对该观景平台结构进行有限元建模分析，经过不同的结构方案对比，巧妙的利用上下两层的高度，用双向交叉桁架的方式轴线从两个方向均挑出8．735m的距离，斜向平台边长为20．5m，根据合理的方案后，通过加速度时程法进行舒适度分析，得出结论:经过优化设计，长悬臂平台能满足舒适度的要求;观景平台设计时，要充分重视荷载不均匀分布带来的不利影响。

关键词:长悬臂;观景平台;舒适度

该高层建筑为市地铁7号线风塔，塔楼总建筑面积102122．85m2，地上建筑面积89526．21m2，地下建筑面积12596．64m2。塔楼大屋面标高194．650，局部风塔顶标高210.000m，各层层高:地下负三层层高4．25m，地下负二层、负一层层高5．4m，1层层高5．60m，2～5层层高为4．50m，6～11，13～23，25～35层高均为4．10m，37～46层为4．20m;12、24、36层层高均为4．750m;37～46层局部收进，在43层设观景平台。该观景平台悬挑长度较大，而且质量轻、自振频率小，在人行激励作用下的振动问题需受到人们的重视，当外部激励频率与结构自振频率相近时容易激发共振。本文通过不同结构体系的受力分析选择出较为合理的结构骨架;选取最适合本工程实际情况的人行走、跑步、跳跃激励模型和舒适度评价标准，然后根据踏步板的相关方案进行舒适度方面的计算。

一、结构主要设计参数

轴线从两个方向均挑出8．735m的距离，斜向平台边长为20．5m，从柱子外侧形成了152．5m2的观景平台。

二、主要计算指标

由于观景平台悬挑较多，观景平台的相对标高较高，达到了177．8m，风荷载比较大，风荷载引起的吸力以位移较难满足要求，因此采用了双向交叉的桁架体系，上下弦利用42层、43层的水平横梁，斜撑及桁架立柱均采用方钢管300X30，材质为Q345B。钢构件的应力比和恒+活载作用下的弹性挠度均满足规范的要求，且有较大的富裕。

三、观景平台大悬挑部位舒适度分析

为了解观景平台的动力特性，采用改进的Ritz向量法，通过模态分析，发现第7阶模态的竖向振动模态占主要比例，通过模态计算可知第7阶模态的自振周期是0．2875s，与人行荷载周期相差较多，基本不会引起共振。将时程曲线加载到模型在第7阶模态反应最剧烈的点后，通过时程分析结果发现平台整体应力不大，平台设计满足舒适度的要求。《高层建筑混凝土结构技术规程》3．77条规定楼盖结构应具有适宜的舒适度，楼盖竖向频率不宜小于3HZ。采用mIDAS-GEN软件分析观景平台处大悬挑楼盖竖向振动，且楼板均按开洞考虑，竖向振动频率为3．48HZ，满足舒适度要求。

四、观景平台构件中震及大震等效弹性验算分析

(一)性能目标中震弦杆、腹杆均弹性、大震均不屈服。(二)地震作用取值(四)中震弹性验算结果验算结果表明，中震作用下桁架各杆件的应力比均小于1，满足拉压弹性要求。(五)大震不屈服验算结果验算结果表明，大震作用下桁架各杆件的应力比均小于1，满足拉压不屈服要求，满足预定的性能目标。

五、结论

(1)对于观景平台，造型要求比较高，长悬臂结构形式较为常见，经过对比，上部拉纤方案往往影响观景人员视野及平台上部空间，而下支撑桁架方案能有效避免了此类问题，且支撑的存在更贴合建筑的特点，更易于同周边环境融为一体，故在观景平台的项目中可优先考虑此结构方案。(2)从计算的云图结果可以看出，弦杆最大应变出现在悬挑端，为0．6～1．0倍的材料屈服应变，腹杆的最大应变出现悬挑根部，为0．6～1．0倍的材料屈服应变，均满拉压不屈服要求，即可满足预定的性能水准。(3)通过模态分析，发现第7阶模态的竖向振动模态占主要比例，通过模态计算可知第7阶模态的自振周期是0．2875s，与人行荷载周期相差较多，基本不会引起共振。将时程曲线加载到模型在第7阶模态反应最剧烈的点后，通过时程分析结果发现平台整体应力不大，平台设计满足舒适度的要求。用mIDAS-GEN软件分析观景平台处大悬挑楼盖竖向振动，且楼板均按开洞考虑，竖向振动频率为3．48HZ，满足舒适度要求。

参考文献:

［1］王树，王明珠，张国军，等．多层大悬挑钢结构体系静力与抗震性能设计．建筑结构学报，2012．

［2］肖学双．钢结构人行桥人致振动舒适度及其振动控制研究［J］．长沙理工大学，2009．

［3］《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010．中华人民共和国行业标准．

［4］《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中华人民共和国国家标准．

作者：邢明党 单位：武汉市汉阳市政建设集团有限公司