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泰和高層住宅鋼結構設計介紹

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時間：2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    [摘 要] 本文介紹作為建設部科技示范工程的泰和花園二期16＃樓的鋼結構設計，總結了型鋼混凝土結構在住宅建筑中應用時可能遇到的問題。?
    [關鍵詞] 型鋼混凝土結構 住宅鋼結構 泰和花園??
    住宅鋼結構具有建筑空間大，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，愈來愈倍受建筑行業(yè)的關注，特別對于鋼結構制造業(yè)，這將是一個嶄新而廣闊的領域，泰和花園二期16＃樓的建設是我們進入這個領域的一次很好的契機。
    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，作為建設部科技示范工程，這也是大地公司拓展鋼結構在高層住宅領域的應用的一次練兵。由于是一次新的探索，而且要保證建筑平立面與總體設計一致，這給工程設計帶來一定的難度，公司為此專門成立了領導小組和設計小組，總經(jīng)理親自任領導小組組長，充分顯示公司對此項目的重視。立項之初，項目組人員查閱了大量國內外技術資料，并專門組織對全國同類項目進行了考察，最后采用了框架剪力墻結構體系，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，型鋼構件基本采用熱軋H型鋼。?
    采用這種結構體系主要考慮它有以下的優(yōu)點：?
    與全鋼結構相比，首先是造價低于全鋼結構，而且由于有型鋼混凝土剪力墻的存在，它的側向剛度比鋼框架好，另外，型鋼混凝土構件滿足防火要求，可避免采用昂貴的防火涂料，也比鋼構件的建筑裝修方便。?
    與鋼筋混凝土結構相比，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造處理以及施工的速度問題?？傊?，從結構而言，這是一個中庸但適用的方案。?
    本項目的另一個特點是：工程的墻體材料采用了YTONG輕質砂加氣混凝土砌塊。在粘土磚被漸漸淘汰的環(huán)保趨勢下，這是一種值得推薦的替代產品，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是標準層的平面圖。
    二、結構設計參數(shù)及計算結果?
    本工程采用的分析軟件是帶墻元模型的SATWE，并利用TAT進行了復核。?
    結構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，其他鋼構件均是熱軋H型鋼，牌號為Q235B。?
    地震計算參數(shù)中，地震烈度為6度，結構阻尼比取0.04，取18個計算振型。?
    以下為部分計算結果：?
    第一自振周期為2.307s。?
    X，Y方向的有效質量系數(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。頂點位移與高度比最大值為1/1057三、設計難點.?

    三、設計難點?
    盡管這種類型的結構已漸漸被行業(yè)內人士所了解，但與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結構或全鋼結構相比，在具體實施過程中還是有一定的技術含量，這一點可以從它所涉及的國家規(guī)范上可見一斑，《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》中稱之為混合結構，并專門有一章節(jié)介紹它，對基本構件而言，我們需要參照《型鋼混凝土組合結構技術規(guī)程》，另外還有冶金部曾發(fā)布的《鋼骨混凝土結構設計規(guī)程》，有些內容還涉及到《高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程》，對鋼構件 而言需參照《鋼結構設計規(guī)范》。?
    我們在具體設計過程中有以下幾點需特別提出作一介紹：?
    （一）結構平面布置的確定?
    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，使剛度中心與質量中心吻合，我們通過調整剪力墻的布置，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果。?
    （二）節(jié)點設計
    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軟件僅對整個結構的進行分析設計，不包括對節(jié)點的設計。然而當前梁柱構件的截面大小雖然滿足構件設計的要求，但不能滿足節(jié)點的驗算的要求，其中包括一些構造要求，這是一個綜合判定的過程。為此，我們針對型鋼混凝土框架梁柱節(jié)點開發(fā)了專門的應用程序，其中包括驗算框架節(jié)點的受剪承載力，節(jié)點的梁柱受彎承載力之和之比，柱截面配箍率及體積配箍率，型鋼含鋼率等指標是否滿足規(guī)范要求。這個模塊是用來判斷梁柱截面是否合適的，另外還有專門針對鋼梁與柱的栓焊剛接及鉸接節(jié)點的高強螺栓設計的模塊，以及埋入式柱腳的計算模塊等等。因此大大地縮短了我們的結構設計周期。?
    （三）構造?
    在框架節(jié)點設計上，由于結構平面的復雜性，考慮到經(jīng)濟指標，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)點區(qū)構造帶來了一定的麻煩，四周梁高的不同使得加勁復雜起來，也給后續(xù)的制作安裝帶來了不便。這是由于考慮造價帶來的負面作用。?
    另外在陽臺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)過了反復斟酌。? 四、設計上需改進的地方?
    目前該工程已順利完工，通過現(xiàn)場的反饋我們得知，在施工過程中，由于截面小，加上型鋼及栓釘?shù)挠绊?，給混凝土的澆筑和振搗帶來了很大的不便。??


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