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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(shí)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(shí)可能遇到的問(wèn)題。?
    [關(guān)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，節能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，愈來(lái)愈倍受建筑行業(yè)的關(guān)注，特別對于鋼結構制造業(yè)，這將是一個(gè)嶄新而廣闊的領(lǐng)域，泰和花園二期16＃樓的建設是我們進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)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(lǐng)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(lái)一定的難度，公司為此專(zhuān)門(mén)成立了領(lǐng)導小組和設計小組，總經(jīng)理親自任領(lǐng)導小組組長(cháng)，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(shù)資料，并專(zhuān)門(mén)組織對全國同類(lèi)項目進(jìn)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(diǎn)：?
    與全鋼結構相比，首先是造價(jià)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(mǎn)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(wèn)題?？傊?，從結構而言，這是一個(gè)中庸但適用的方案。?
    本項目的另一個(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(mǎn)足住宅規范的要求。?
    如圖1是標準層的平面圖。
    二、結構設計參數及計算結果?
    本工程采用的分析軟件是帶墻元模型的SATWE，并利用TAT進(jìn)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，其中型鋼規格為HW250×250，另一種截面為400×400，型鋼規格為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。?
    地震計算參數中，地震烈度為6度，結構阻尼比取0.04，取18個(gè)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(zhì)量系數分別為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、設計難點(diǎn).?

    三、設計難點(diǎn)?
    盡管這種類(lèi)型的結構已漸漸被行業(yè)內人士所了解，但與傳統的鋼筋混凝土結構或全鋼結構相比，在具體實(shí)施過(guò)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范上可見(jiàn)一斑，《高層建筑混凝土結構技術(shù)規程》中稱(chēng)之為混合結構，并專(zhuān)門(mén)有一章節介紹它，對基本構件而言，我們需要參照《型鋼混凝土組合結構技術(shù)規程》，另外還有冶金部曾發(fā)布的《鋼骨混凝土結構設計規程》，有些內容還涉及到《高層民用建筑鋼結構技術(shù)規程》，對鋼構件 而言需參照《鋼結構設計規范》。?
    我們在具體設計過(guò)程中有以下幾點(diǎn)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(guò)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）節點(diǎn)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(gè)結構的進(jìn)行分析設計，不包括對節點(diǎn)的設計。然而當前梁柱構件的截面大小雖然滿(mǎn)足構件設計的要求，但不能滿(mǎn)足節點(diǎn)的驗算的要求，其中包括一些構造要求，這是一個(gè)綜合判定的過(guò)程。為此，我們針對型鋼混凝土框架梁柱節點(diǎn)開(kāi)發(fā)了專(zhuān)門(mén)的應用程序，其中包括驗算框架節點(diǎn)的受剪承載力，節點(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，型鋼含鋼率等指標是否滿(mǎn)足規范要求。這個(gè)模塊是用來(lái)判斷梁柱截面是否合適的，另外還有專(zhuān)門(mén)針對鋼梁與柱的栓焊剛接及鉸接節點(diǎn)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?
    在框架節點(diǎn)設計上，由于結構平面的復雜性，考慮到經(jīng)濟指標，使得型鋼梁的規格隨不同的跨度而多樣，這給空間框架節點(diǎn)區構造帶來(lái)了一定的麻煩，四周梁高的不同使得加勁復雜起來(lái)，也給后續的制作安裝帶來(lái)了不便。這是由于考慮造價(jià)帶來(lái)的負面作用。?
    另外在陽(yáng)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(guò)了反復斟酌。? 四、設計上需改進(jìn)的地方?
    目前該工程已順利完工，通過(guò)現場(chǎng)的反饋我們得知，在施工過(guò)程中，由于截面小，加上型鋼及栓釘的影響，給混凝土的澆筑和振搗帶來(lái)了很大的不便。??


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