某高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王玨

摘要：本文以高層鋼結(jié)構(gòu)住宅項(xiàng)目實(shí)例，介紹該工程的主要特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)分析的有關(guān)內(nèi)容，工程采用鋼管混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，局部采用鋼板剪力墻，還包括結(jié)構(gòu)布置、抗震設(shè)計(jì)等。

關(guān)鍵詞：高層建筑；鋼結(jié)構(gòu)住宅；鋼板剪力墻；設(shè)計(jì)分析

1、工程概況

本工程由A、B兩棟高層住宅和與其連接的地下室組成，總建筑面積為48331.43㎡。A棟塔樓采用混凝土結(jié)構(gòu)，建筑高度89.1m，地上共29層；B棟為混合結(jié)構(gòu)，建筑高度92.1m，地上共3O層。地下室共兩層，采用框架結(jié)構(gòu)。本文主要針對對B棟結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。

B棟結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為5O年，結(jié)構(gòu)安全等級二級。抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅱ類，設(shè)計(jì)特征周期T一0.45S，抗震設(shè)防類別為丙類；取5O年一遇基本風(fēng)壓0.75kN/m，承載力計(jì)算時(shí)按基本風(fēng)壓的1.1倍采用，地面粗糙度C類。

2、結(jié)構(gòu)體系及布置

本工程B棟主樓為高層建筑，結(jié)構(gòu)體系為矩形鋼管混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)，局部設(shè)置鋼板剪力墻，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。根據(jù)JGJ3—2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的要求，混凝土核心筒及鋼管混凝土柱抗震等級按二級設(shè)計(jì)，根據(jù)GB50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求鋼梁及鋼板剪力墻抗震等級按三級沒計(jì)。

外圍框架柱采用矩形鋼管混凝土柱，截面尺寸最大為口600×350×28，其在地下部分設(shè)計(jì)為鋼骨混凝土柱，以防止剛度突變；鋼梁主要采用焊接H型鋼梁，外框柱鋼梁主要截面為H480×150×8×14，其余框架鋼梁主要截面為H480×300×12×25；樓面次梁主要截為H48o×150×6×8/10；鋼板剪力墻采用6mm厚鋼板加向加勁肋的形式。核心簡墻體厚度為200，250～300mm；核心筒墻體混凝土強(qiáng)度等級為C3O—C60，鋼管混凝土柱內(nèi)灌混凝土強(qiáng)度等級為C45一C6O，鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)Q345B，典住宅樓層平面見圖1。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面

3、超限情況

參照J(rèn)GJ3—2010、GB50011—2010及廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ15—92—2013《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，根據(jù)結(jié)構(gòu)平面布置及試算結(jié)果，工程存在以下超限內(nèi)容：1）建筑平面凹凸尺寸大于相應(yīng)投影方向總尺寸的3O%，即9.3m>21.5m×30%=6.45m，不符合凹凸規(guī)則條件；2）規(guī)定水平力作用下，考慮偶然偏心的最大扭轉(zhuǎn)位移比為1.3>1.2，為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)。

4、結(jié)構(gòu)整體分析

采用SATWE三維空間分析軟什對汁算模進(jìn)行了多遇地震作用和風(fēng)倚載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算。整體汁算時(shí)采用剛性樓板假定，考慮雙向地震作用及扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的振動(dòng)影響。中梁剛度放大系數(shù)按JGJ3—2010取值，周期折減系數(shù)為0.9，結(jié)構(gòu)阻尼比0.4，連梁剛度折減系數(shù)為0.65。前3階振型詳見圖2，主要計(jì)算算結(jié)見表1。

圖2 結(jié)構(gòu)前3階振型

5、靜力彈塑性推覆（Pushover）分析

為了實(shí)現(xiàn)“大震不倒”的第三水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了第二階段的抗震設(shè)計(jì)，即罕遇地震作用下的結(jié)構(gòu)彈塑性變形驗(yàn)算。計(jì)算軟件采用PK—PM的PUSH模塊。根據(jù)JGJ3—2010第11.1.5條和第3.7.5條規(guī)定，框架-核心筒結(jié)構(gòu)層間彈塑性位移角限值為1/100。分析本工程的彈塑性靜力推覆分析的結(jié)果，用以確定建筑潛在的薄弱層和建筑的塑性鉸形成機(jī)制，推覆分析的曲線也用于估算罕遇地震下的彈塑性位移，考察其是否能夠滿足結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)。

分析結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)能力譜與罕遇地震作用下的需求譜剛好好相交，且能順利穿越需求譜，在該交點(diǎn)即在性能點(diǎn)時(shí)：X向最大層問位移角為1/325，Y向的最大層問位移角為1/253，均滿足JGJ3—2010要求。其桿件塑性鉸分布見圖3。

6鋼板剪力墻設(shè)計(jì)

本工程在初步設(shè)計(jì)中，兩個(gè)方向的抗側(cè)剛度均不滿足JGJ3—2010要求，由于建筑功能限制無法設(shè)置混凝土剪力墻和鋼支撐，故采用沒置厚度較薄的鋼板剪力墻的方式增加結(jié)構(gòu)剛度。

由于SAFWE無法直接建立鋼板剪力墻單元，故采用鋼管支撐等剛度模擬的方法計(jì)算，具體思路為：首先在模型中不設(shè)支撐，不考慮側(cè)向荷載，初步確定梁柱截面，確保其在豎向倚載作用下滿足要求；然后在模型中添加支撐，同時(shí)考慮風(fēng)荷載、地震作用，確保結(jié)構(gòu)整體的層間位移角等滿足規(guī)范要求。

7圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

樓板采用自承式樓板，該模板系統(tǒng)是將樓板中鋼筋在工廠加工成鋼筋桁架，再將鋼筋桁架與底部模板（包括鍍鋅鋼板、竹膠板、預(yù)制混凝土薄板等）連接成一體的立體板材。在建設(shè)現(xiàn)場，將模板直鋪設(shè)在鋼梁上，進(jìn)行簡單的附加鋼筋工程，便可澆筑混凝土，形成混凝土樓板。

室外和室內(nèi)墻體均采用輕質(zhì)高強(qiáng)灌漿墻。該系統(tǒng)是一種新型、非承重墻體，該墻體以高強(qiáng)防水板作為面板，用輕鋼龍骨作為立柱，在其空腔內(nèi)泵人輕質(zhì)灌漿材料而形成的實(shí)心整體墻體，與傳統(tǒng)的黏土磚墻體、鋼筋混凝土墻體等相比，具有輕質(zhì)、防火、抗震、隔熱、隔聲、易安裝等優(yōu)點(diǎn)。而且此種墻體構(gòu)造簡單、便于施工，且具有多種用途，廣泛用于建筑物的外墻及非承重隔墻中。

8結(jié)語

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)住宅作為一種新興的住宅形式，具有抗震性能好、居住環(huán)境優(yōu)、經(jīng)濟(jì)性能合理、具有可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)點(diǎn)，符合同家綠色環(huán)保建筑的標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] JGJ3-2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]

[2]GB50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[3]GB50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[4]JGJ99-98，高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]

[5]DBJ15-92-2013，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]