某光伏項(xiàng)目綜合辦公樓結(jié)構(gòu)選型的經(jīng)濟(jì)性分析

劉 婷 張家維

（1.中鐵建安工程設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 西安 710061；2.西安航天城城市建設(shè)發(fā)展有限公司，陜西 西安 710061）

1 工程概況

本項(xiàng)目為西安某光伏農(nóng)業(yè)科技大棚綜合辦公樓，占地面積779.64m2，建筑面積1500m2，建筑總高度6.9m，首層層高3.6m 為辦公區(qū)，二層層高3.3m 為員工宿舍，建筑平面圖見圖1。

圖1 綜合辦公樓一、二層平面圖

2 自然條件及結(jié)構(gòu)選型

本工程抗震設(shè)防烈度為8度（設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g），抗震設(shè)防類別為丙類，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，設(shè)計(jì)特征周期為0.4s。基本風(fēng)壓為0.35kN/m2，基本雪壓為0.35kN/m2，地面粗糙度為B 類。建筑物設(shè)計(jì)使用年限為50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)。依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010（2016年版）的要求分別采用砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)及鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算及經(jīng)濟(jì)性分析。

3 相關(guān)理論依據(jù)

3.1 砌體結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算公式

3.1.1 普通磚、多孔磚砌體沿階梯形截面破壞的抗震抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，應(yīng)按下式確定：

式中fvE-砌體沿階梯形截面破壞的抗震抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

fv-非抗震設(shè)計(jì)的砌體抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

ζN-磚砌體抗震抗剪強(qiáng)度的正應(yīng)力影響系數(shù)。

3.1.2 普通磚、多孔磚墻體的截面抗震受剪承載力，應(yīng)按下列公式驗(yàn)算：

式中V-考慮地震作用組合的墻體剪力設(shè)計(jì)值；

fvE-磚砌體沿階梯形截面破壞的抗震抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

A-墻體橫截面面積；

γRE-承載力抗震調(diào)整系數(shù)。

3.2 混凝土結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算公式

3.2.1 考慮地震組合的框架梁端剪力設(shè)計(jì)值Vb應(yīng)按下列規(guī)定計(jì)算：

a.一級(jí)抗震等級(jí)的框架結(jié)構(gòu)和9 度設(shè)防烈度的一級(jí)抗震等級(jí)框架：

b.其他情況：一級(jí)抗震等級(jí)：

二級(jí)抗震等級(jí)：

三級(jí)抗震等級(jí)：

VGb-考慮地震組合時(shí)的重力荷載代表值產(chǎn)生的剪力設(shè)計(jì)值，可按簡(jiǎn)支梁計(jì)算確定；

ln-梁的凈跨。

3.2.2 框架柱、框支柱的剪力設(shè)計(jì)值Vc應(yīng)按下列公式計(jì)算：

a.一級(jí)抗震等級(jí)的框架結(jié)構(gòu)和9 度設(shè)防烈度的一級(jí)抗震等級(jí)框架：

b.框架結(jié)構(gòu)：

二級(jí)抗震等級(jí)：

三級(jí)抗震等級(jí)：

Hn-柱的凈高。

3.3 鋼框架結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算公式

3.3.1 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力應(yīng)按下列公式驗(yàn)算：

式中SE2-構(gòu)件設(shè)防地震內(nèi)力性能組合值；

SGE-構(gòu)件重力荷載代表值產(chǎn)生的效應(yīng)；

Ωi-i層構(gòu)件性能系數(shù)；

SEhk2、SEvk2-分別為按彈性或等效彈性計(jì)算的構(gòu)件水平設(shè)防地震作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)、8度且高度大于50m時(shí)按彈性或等效彈性計(jì)算的構(gòu)件豎向設(shè)防地震作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)；

Rk-按屈服強(qiáng)度計(jì)算的構(gòu)件實(shí)際截面承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

3.3.2 框架梁的抗震承載力驗(yàn)算應(yīng)符合下列規(guī)定：

框架結(jié)構(gòu)中框架梁進(jìn)行受剪計(jì)算時(shí)，剪力應(yīng)按下式計(jì)算：

式中VGb-梁在重力荷載代表值作用下截面的剪力值；

WEb,A、WEb,B-梁端截面A和B處的構(gòu)件截面模量；

fy-鋼材屈服強(qiáng)度；

ln-梁的凈跨。

3.3.3 框架柱的抗震承載力驗(yàn)算應(yīng)符合下列規(guī)定：

柱端截面的強(qiáng)度應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）等截面梁

柱截面板件寬厚比等級(jí)為S1、S2時(shí)：

柱截面板件寬厚比等級(jí)為S3、S4時(shí)：

（2）端部翼緣為變截面的梁

柱截面板件寬厚比等級(jí)為S1、S2時(shí)：

柱截面板件寬厚比等級(jí)為S3、S4時(shí)：

式中WEc、WEb-分別為交匯于節(jié)點(diǎn)的柱和梁的截面模量；

WEb1-梁塑性鉸截面的截面模量;

fyc、fyb-分別是柱和梁的鋼材屈服強(qiáng)度；

Np-設(shè)防地震內(nèi)力性能組合的柱軸力；

Ac-框架柱的截面面積；

Vpb-產(chǎn)生塑性按時(shí)塑性鉸截面的剪力；

s-塑性錢截面至柱側(cè)面的距離；

ηy-鋼材超強(qiáng)系數(shù)。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算及造價(jià)分析

依據(jù)建筑圖紙，按照國(guó)家現(xiàn)行建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范及該項(xiàng)目巖土工程地質(zhì)勘查報(bào)告，設(shè)計(jì)條件中保持房屋的占地面積、建筑面積相同，建筑物的總高度和層高相同，門窗洞口開設(shè)位置和大小相同，場(chǎng)地類別和地質(zhì)條件相同［1］。利用PKPM軟件分別采用砌體結(jié)構(gòu)、混凝土框架結(jié)構(gòu)以及鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算，輸入相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)并根據(jù)計(jì)算結(jié)果分別統(tǒng)計(jì)各個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工程量，然后套用《陜西省建筑裝飾工程價(jià)目表（2009）》及配套的費(fèi)用定額，材料價(jià)格依照工程所在地市場(chǎng)價(jià)格確定，分別給出不同結(jié)構(gòu)類型的工程造價(jià)。

4.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算

結(jié)構(gòu)計(jì)算各個(gè)房間的荷載取值[2]如表1所示。

表1 綜合辦公樓房間活荷載取值

不同結(jié)構(gòu)類型選材如下：①砌體結(jié)構(gòu)：采用MU10承重多孔磚，樓、屋面采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土板，基礎(chǔ)采用墻下條形基礎(chǔ)。混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30、鋼筋等級(jí)HRB400;②鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)：框架柱、梁、樓板均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)，墻下采用條形基礎(chǔ)。混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30、鋼筋等級(jí)HRB400、填充墻墻體采用蒸壓加氣混凝土砌塊（容重5.5kN/m3）;③鋼框架結(jié)構(gòu)：鋼柱、鋼梁均采用Q355 鋼材，樓、屋板采用非組合樓承板，基礎(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)，墻下采用條形基礎(chǔ)。混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30、鋼筋等級(jí)HRB400、填充墻墻體采用蒸壓加氣混凝土砌塊（容重5.5kN/m3）。

4.2 結(jié)構(gòu)量統(tǒng)計(jì)

不同結(jié)構(gòu)類型通過(guò)PKPM 計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量統(tǒng)計(jì)分別如表2 砌體結(jié)構(gòu)，表3 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，表4鋼框架結(jié)構(gòu)所示。

表2 綜合辦公樓（結(jié)構(gòu)部分）砌體量統(tǒng)計(jì)

表3 綜合辦公樓（結(jié)構(gòu)部分）混凝土量統(tǒng)計(jì)

表4 綜合辦公樓（結(jié)構(gòu)部分）鋼框架量統(tǒng)計(jì)

4.3 造價(jià)分析

本文僅分析主體結(jié)構(gòu)采用砌體、鋼筋混凝土框架、鋼框架結(jié)構(gòu)的地基處理、基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)(含外墻及內(nèi)部隔墻)各部分的造價(jià)，鋼結(jié)構(gòu)含防火涂料造價(jià)，不包含建筑門、窗、墻面、樓、屋面的裝修做法造價(jià)，不含水、暖、電等公用專業(yè)造價(jià)。三種結(jié)構(gòu)類型各部分造價(jià)如表5所示。

表5 三種結(jié)構(gòu)分部造價(jià)

5 不同結(jié)構(gòu)方案的綜合特性分析

上述造價(jià)分析結(jié)果顯示，綜合辦公樓采用砌體結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性最好，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性較好，比砌體結(jié)構(gòu)造價(jià)高出17.22%。采用鋼框架結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性較差，比砌體結(jié)構(gòu)造價(jià)高出59.14%。三種結(jié)構(gòu)類型的綜合特性分析如表6所示。

表6 三種結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)分析

6 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)西安某光伏農(nóng)業(yè)科技大棚綜合辦公樓不同結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析，綜合得出砌體結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性是最好的，其次是混凝土框架結(jié)構(gòu)，最后是鋼框架結(jié)構(gòu)。但又因鋼結(jié)構(gòu)絕大部分構(gòu)件可在工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、加工，施工耗材少，現(xiàn)場(chǎng)安裝施工作業(yè)面多，安裝速度快，因此施工速度比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)約快1.5 倍。而且鋼結(jié)構(gòu)不用考慮混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間，主體鋼結(jié)構(gòu)安裝可以與裝修工程同步進(jìn)行，節(jié)省了裝修工期，整體縮短了建設(shè)周期。不僅如此，一旦將來(lái)需要房屋改造，拆卸下來(lái)的構(gòu)件還可再利用，不會(huì)產(chǎn)生永久性的建筑垃圾，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，并契合目前綠色、低碳的建筑發(fā)展理念［4-5］。而砌體結(jié)構(gòu)雖然經(jīng)濟(jì)效益好一些，但是空間布局受限，并且建設(shè)周期較長(zhǎng)，抗震性能差且不利于改造，尤其是不符合我國(guó)工程建設(shè)節(jié)地、節(jié)能、環(huán)保等可持續(xù)發(fā)展政策，在大中城市已逐步禁止使用［6］。因此，綜合考慮在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，常規(guī)多層建筑采用鋼框架或者混凝土框架結(jié)構(gòu)。