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泰和高層住宅鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)介紹

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    [摘 要] 本文介紹作為建設(shè)部科技示范工程的泰和花園二期16＃樓的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，總結(jié)了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在住宅建筑中應(yīng)用時(shí)可能遇到的問題。?
    [關(guān)鍵詞] 型鋼混凝土結(jié)構(gòu) 住宅鋼結(jié)構(gòu) 泰和花園??
    住宅鋼結(jié)構(gòu)具有建筑空間大，空間分隔靈活，面積利用率高，自重輕，抗震性能好，工期短，節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，愈來愈倍受建筑行業(yè)的關(guān)注，特別對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)，這將是一個(gè)嶄新而廣闊的領(lǐng)域，泰和花園二期16＃樓的建設(shè)是我們進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域的一次很好的契機(jī)。
    一、工程概況?
    泰和花園二期16＃樓是茉莉苑的五幢高層住宅之一，作為建設(shè)部科技示范工程，這也是大地公司拓展鋼結(jié)構(gòu)在高層住宅領(lǐng)域的應(yīng)用的一次練兵。由于是一次新的探索，而且要保證建筑平立面與總體設(shè)計(jì)一致，這給工程設(shè)計(jì)帶來一定的難度，公司為此專門成立了領(lǐng)導(dǎo)小組和設(shè)計(jì)小組，總經(jīng)理親自任領(lǐng)導(dǎo)小組組長(zhǎng)，充分顯示公司對(duì)此項(xiàng)目的重視。立項(xiàng)之初，項(xiàng)目組人員查閱了大量國內(nèi)外技術(shù)資料，并專門組織對(duì)全國同類項(xiàng)目進(jìn)行了考察，最后采用了框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，剪力墻和框架柱采用型鋼混凝土，而框架梁則采用型鋼梁，考慮到制作加工的方便，型鋼構(gòu)件基本采用熱軋H型鋼。?
    采用這種結(jié)構(gòu)體系主要考慮它有以下的優(yōu)點(diǎn)：?
    與全鋼結(jié)構(gòu)相比，首先是造價(jià)低于全鋼結(jié)構(gòu)，而且由于有型鋼混凝土剪力墻的存在，它的側(cè)向剛度比鋼框架好，另外，型鋼混凝土構(gòu)件滿足防火要求，可避免采用昂貴的防火涂料，也比鋼構(gòu)件的建筑裝修方便。?
    與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，首先是施工速度快，工期短，而且柱截面尺寸小于鋼筋混凝土柱截面，提高了面積利用率，另外，型鋼混凝土構(gòu)件的延性比鋼筋混凝土好。?
    至于為什么未采用型鋼混凝土梁而采用了型鋼梁的原因，主要是考慮到梁柱連接的構(gòu)造處理以及施工的速度問題?？傊?，從結(jié)構(gòu)而言，這是一個(gè)中庸但適用的方案。?
    本項(xiàng)目的另一個(gè)特點(diǎn)是：工程的墻體材料采用了YTONG輕質(zhì)砂加氣混凝土砌塊。在粘土磚被漸漸淘汰的環(huán)保趨勢(shì)下，這是一種值得推薦的替代產(chǎn)品，它不僅有效地減輕建筑物的自重，而且在保溫，隔熱，隔音性能上完全滿足住宅規(guī)范的要求。?
    如圖1是標(biāo)準(zhǔn)層的平面圖。
    二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果?
    本工程采用的分析軟件是帶墻元模型的SATWE，并利用TAT進(jìn)行了復(fù)核。?
    結(jié)構(gòu)中型鋼混凝土柱主要有兩種，一種截面為450×450，其中型鋼規(guī)格為HW250×250，另一種截面為400×400，型鋼規(guī)格為HW200×200，最大鋼梁為HN450×200，除剪力墻中型鋼采用焊接H型鋼外，其他鋼構(gòu)件均是熱軋H型鋼，牌號(hào)為Q235B。?
    地震計(jì)算參數(shù)中，地震烈度為6度，結(jié)構(gòu)阻尼比取0.04，取18個(gè)計(jì)算振型。?
    以下為部分計(jì)算結(jié)果：?
    第一自振周期為2.307s。?
    X，Y方向的有效質(zhì)量系數(shù)分別為96.46%和95.09%?
    X方向偏心率為0.0003，Y方向偏心率為0.0017。?
    水平位移：層間位移與層高比值的最大值為1/941。頂點(diǎn)位移與高度比最大值為1/1057三、設(shè)計(jì)難點(diǎn).?

    三、設(shè)計(jì)難點(diǎn)?
    盡管這種類型的結(jié)構(gòu)已漸漸被行業(yè)內(nèi)人士所了解，但與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或全鋼結(jié)構(gòu)相比，在具體實(shí)施過程中還是有一定的技術(shù)含量，這一點(diǎn)可以從它所涉及的國家規(guī)范上可見一斑，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中稱之為混合結(jié)構(gòu)，并專門有一章節(jié)介紹它，對(duì)基本構(gòu)件而言，我們需要參照《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，另外還有冶金部曾發(fā)布的《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》，有些內(nèi)容還涉及到《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，對(duì)鋼構(gòu)件 而言需參照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》。?
    我們?cè)诰唧w設(shè)計(jì)過程中有以下幾點(diǎn)需特別提出作一介紹：?
    （一）結(jié)構(gòu)平面布置的確定?
    從上面的平面布置圖中我們可以看出，本工程的平面形狀非常不規(guī)則，為了盡量地減小偏心率，使剛度中心與質(zhì)量中心吻合，我們通過調(diào)整剪力墻的布置，先后試算了二十多種平面布置方案，因篇幅有限，這些方案在此不一一列出，最后終于得到目前這種吻合很好的結(jié)果。?
    （二）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
    本工程鋼梁與框架柱的連接采用剛接，鋼梁與剪力墻的連接則采用鉸接，且剪力墻中此位置布置型鋼暗柱，以方便連接。?
    SATWE軟件僅對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，不包括對(duì)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。然而當(dāng)前梁柱構(gòu)件的截面大小雖然滿足構(gòu)件設(shè)計(jì)的要求，但不能滿足節(jié)點(diǎn)的驗(yàn)算的要求，其中包括一些構(gòu)造要求，這是一個(gè)綜合判定的過程。為此，我們針對(duì)型鋼混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)開發(fā)了專門的應(yīng)用程序，其中包括驗(yàn)算框架節(jié)點(diǎn)的受剪承載力，節(jié)點(diǎn)的梁柱受彎承載力之和之比，柱截面配箍率及體積配箍率，型鋼含鋼率等指標(biāo)是否滿足規(guī)范要求。這個(gè)模塊是用來判斷梁柱截面是否合適的，另外還有專門針對(duì)鋼梁與柱的栓焊剛接及鉸接節(jié)點(diǎn)的高強(qiáng)螺栓設(shè)計(jì)的模塊，以及埋入式柱腳的計(jì)算模塊等等。因此大大地縮短了我們的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)周期。?
    （三）構(gòu)造?
    在框架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)上，由于結(jié)構(gòu)平面的復(fù)雜性，考慮到經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使得型鋼梁的規(guī)格隨不同的跨度而多樣，這給空間框架節(jié)點(diǎn)區(qū)構(gòu)造帶來了一定的麻煩，四周梁高的不同使得加勁復(fù)雜起來，也給后續(xù)的制作安裝帶來了不便。這是由于考慮造價(jià)帶來的負(fù)面作用。?
    另外在陽臺(tái)的懸臂梁與框架柱及短肢剪力墻中型鋼暗柱的連接處理上；鋼方管弧形梁與型鋼混凝土柱的連接處理，我們都經(jīng)過了反復(fù)斟酌。? 四、設(shè)計(jì)上需改進(jìn)的地方?
    目前該工程已順利完工，通過現(xiàn)場(chǎng)的反饋我們得知，在施工過程中，由于截面小，加上型鋼及栓釘?shù)挠绊懀o混凝土的澆筑和振搗帶來了很大的不便。??


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