加強(qiáng)層對框架-核心筒結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性和碳排放量影響分析

吳瓊 胡紅松 陳躍輝

摘要： 為考察加強(qiáng)層的形式、數(shù)量和位置對超高層框架-核心筒結(jié)構(gòu)的影響，在設(shè)防烈度為8度的條件下，建立1個建筑高度為210 m的辦公樓基礎(chǔ)模型，分別加入不同數(shù)量和位置的環(huán)帶桁架加強(qiáng)層和伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層.對比分析各模型構(gòu)件的主要控制指標(biāo)、結(jié)構(gòu)受力性能，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性和碳排放.結(jié)果表明：模型的經(jīng)濟(jì)性隨加強(qiáng)層數(shù)量的增加和樓面售價的提高而增大，碳排放量隨加強(qiáng)層數(shù)量的增加而減少；伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層在增大經(jīng)濟(jì)性和減少碳排放方面的效果均比環(huán)帶桁架加強(qiáng)層好.

關(guān)鍵詞：

超高層； 框架-核心筒結(jié)構(gòu)； 加強(qiáng)層； 控制指標(biāo)； 經(jīng)濟(jì)性； 碳排放量

中圖分類號： TU 973文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ??文章編號： 1000-5013（2023）04-0460-09

Influence of Stiffened Storey on Economy and Carbon Emission of Frame-Core Tube Structures

WU Qiong1， HU Hongsong1，2， CHEN Yuehui3

（1. College of Civil Engineering， Huaqiao University， Xiamen 361021；

2. Key Laboratory for Structural Engineering and Disaster Prevention of Fujian Province， Huaqiao University， Xiamen 361021；

3. Xiamen Hordor Architecture and Engineering Design Group Limited Company， Xiamen 361006）

Abstract： In order to investigate the influence of the form， number and location of the stiffened storey on the super high-rise frame-core wall structure， under the condition of fortification intensity of 8 degree， a foundation model of 210m high office building is established， and the belt truss stiffened storeys and outrigger-belt truss stiffened storeys with different numbers and positions are added respectively. The main control indexes， structural mechanical performance， structural economy and carbon emission of each model component are compared and analyzed. The results show that the economy of the model increases with the increase of the number of stiffened storeys and the floor price， and the carbon emission decreases with the increase of the number of stiffened storeys. The effect of the outrigger-belt truss stiffened storeys on increasing economy and reducing carbon emission is better than the belt truss stiffened storeys.

Keywords： super high-rise building； frame-core wall structure； stiffened story； control index； economy； carbon emission

框架-核心筒結(jié)構(gòu)是超高層建筑運用較多的一種結(jié)構(gòu)形式.在框架-核心筒結(jié)構(gòu)中合理地設(shè)置加強(qiáng)層，可以大大增加結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度，改善結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)［1-2］，實現(xiàn)較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益.但在實際工程中，設(shè)計帶加強(qiáng)層的框架-核心筒結(jié)構(gòu)時，一些起主要控制作用的問題往往由設(shè)計人員根據(jù)經(jīng)驗確定.所以，建立更加合理的分析模型，總結(jié)帶加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)的受力特點和具有指導(dǎo)意義的結(jié)構(gòu)方案是十分必要的.

Taranath［3］建立了帶加強(qiáng)層的框架-核心筒結(jié)構(gòu)的平面分析簡化模型，分析得出風(fēng)荷載作用下，在0.545倍結(jié)構(gòu)高度處設(shè)置加強(qiáng)層時，該結(jié)構(gòu)的受力性能最好.Mcnabb等［4］在文獻(xiàn)［3］簡化模型和假定條件的基礎(chǔ)上，對帶兩道加強(qiáng)層的框架-核心筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，確定了使結(jié)構(gòu)受力性能最佳的加強(qiáng)層位置.此后，學(xué)者們對模型進(jìn)行改進(jìn)，并提出了加強(qiáng)層布設(shè)的最佳位置［5-8］.也有學(xué)者利用各類簡化模型進(jìn)行模擬分析，或提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，對加強(qiáng)層的位置進(jìn)行研究［9-11］.但較少有針對不同加強(qiáng)層數(shù)量、位置及形式的超高層模型進(jìn)行綜合對比分析的研究.

為了考察加強(qiáng)層形式、數(shù)量和位置對超高層框架-核心筒結(jié)構(gòu)的影響，本文在一個高度為210 m、設(shè)防烈度為8度的超高層模型的基礎(chǔ)上，分別加入不同數(shù)量和位置的環(huán)帶桁架加強(qiáng)層和伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層，共設(shè)計8個計算模型，探究各模型優(yōu)化設(shè)計時的主要控制指標(biāo)，并對各優(yōu)化后的模型進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，從而確定出較為經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計方案.

1 結(jié)構(gòu)模型設(shè)計

1.1 設(shè)計條件

在廣東省某8度設(shè)防區(qū)建立1個超高層建筑，該建筑地上50層，層高4.2 m，總高210 m.結(jié)構(gòu)平面布置圖，如圖1所示.總平面尺寸為45 m×45 m，核心筒尺寸為22 m×22 m，框架柱間距為9 m，結(jié)構(gòu)高寬比為4.67.

為保證結(jié)構(gòu)具有一定的延性，在結(jié)構(gòu)模型計算過程中，根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要程度，在“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)下，設(shè)置主要構(gòu)件的抗震性能指標(biāo)，如表1所示.

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了考察環(huán)帶桁架加強(qiáng)層和伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層對超高層框架-核心筒結(jié)構(gòu)的影響，先建立一個不帶加強(qiáng)層的超高層框架-核心筒辦公樓基礎(chǔ)模型，然后分別加上不同數(shù)量的環(huán)帶桁架加強(qiáng)層和伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層，共建立8個結(jié)構(gòu)模型.加強(qiáng)層的布置方案，如表2所示.根據(jù)GB 50223-2008《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》［12］和JGJ 3-2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》［13］的規(guī)定，該建筑的抗震設(shè)防類別為重點設(shè)防類，并且按超B級建筑設(shè)計.

模型采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系；框架柱采用鋼管混凝土柱；柱間框架梁、核心筒與外圍框架之間的樓面梁均采用鋼梁；剪力墻采用鋼筋混凝土墻；在有較大抗剪需求處采用內(nèi)置鋼板混凝土墻；核心筒剪力墻之間的連梁采用鋼筋混凝土梁；樓蓋為現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板.在模型計算時，定義模型邊界條件如下：結(jié)構(gòu)底部一層單元底端與地面剛接，釋放核心筒與外框架之間樓面梁的梁端約束，連接方式為鉸接.

1.3 設(shè)計結(jié)果

1.3.1 構(gòu)件設(shè)計的主要控制指標(biāo) 各結(jié)構(gòu)模型墻柱構(gòu)件的主要控制指標(biāo)，如表3所示.由于在結(jié)構(gòu)周圍設(shè)置桁架可以提高外框架抗傾覆力矩的能力，進(jìn)而減小內(nèi)核心筒所需承擔(dān)的傾覆力矩，模型計算時發(fā)現(xiàn)，加入加強(qiáng)層均可有效減小墻截面.由表3可知：加入加強(qiáng)層模型的剪力墻的主要控制指標(biāo)與基礎(chǔ)模型一致，外墻的主要控制指標(biāo)為剪壓比和層間位移角，內(nèi)墻的主要控制指標(biāo)為剪壓比.在此條件下，基礎(chǔ)模型中加入環(huán)帶桁架加強(qiáng)層和伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層時，剪力墻設(shè)計時的主要控制指標(biāo)不發(fā)生改變.

框架柱作為壓彎構(gòu)件，若柱截面過小，則無法滿足承載力和最大軸壓比的要求，從而無法保證結(jié)構(gòu)的安全性.在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，需遵循“強(qiáng)柱弱梁”和“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計原則，對框架柱節(jié)點處的梁柱承載力進(jìn)行驗算.由表3可知：加入加強(qiáng)層模型的框架柱截面尺寸的主要控制指標(biāo)均為軸壓比和壓彎承載力，而基礎(chǔ)模型除了受這兩個指標(biāo)控制，還受“強(qiáng)柱弱梁”節(jié)點驗算要求控制.

核心筒外墻連梁采用插鋼板的鋼筋混凝土梁來滿足斜截面抗剪驗算中的剪壓比要求.結(jié)構(gòu)框架梁采用鋼梁，其主要控制指標(biāo)均為鋼構(gòu)件的整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性；核心筒內(nèi)墻連梁采用矩形鋼筋混凝土梁，核心筒內(nèi)墻連梁梁高的主要控制指標(biāo)為縱筋配筋率.由表3可知：加入加強(qiáng)層對核心筒連梁設(shè)計時的控制指標(biāo)影響不大，但在帶加強(qiáng)層模型的外墻連梁設(shè)計時，縱筋配筋率不再成為其主要控制指標(biāo).

1.3.2 材料強(qiáng)度和截面尺寸 在多遇地震條件下，對各結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行小震彈性設(shè)計，全樓鋼梁和柱外鋼管均采用Q355鋼材；核心筒剪力墻及連梁鋼筋均采用HRB400鋼筋；考慮材料的經(jīng)濟(jì)性，框架柱、核心筒剪力墻及核心筒連梁的混凝土材料強(qiáng)度自下而上逐漸減小，這些構(gòu)件下部樓層（1～20層）采用C60高強(qiáng)混凝土，中部樓層（21～40層）采用C50混凝土，上部樓層（41～50層）采用C40強(qiáng)度混凝土.

表4為各模型主要構(gòu)件的截面尺寸.考慮建筑的經(jīng)濟(jì)性，柱、墻的截面尺寸自下而上逐漸減小.框架梁為H800 mm×400 mm×15 mm×30 mm的鋼梁，樓面梁為H858 mm×301 mm×17 mm×31 mm的鋼梁，核心筒外墻連梁采用內(nèi)置鋼板矩形鋼筋混凝土梁，內(nèi)墻連梁采用矩形鋼筋混凝土梁.

2 結(jié)構(gòu)受力性能比較

2.1 結(jié)構(gòu)動力特性

振動周期是結(jié)構(gòu)動力特性的反映，各模型的自振周期，如表5所示.表5中：T1為基本自振周期（平動）；T2為第2階自振周期（平動）；T3為第3階自振周期（扭轉(zhuǎn)）.由表5可知：帶加強(qiáng)層模型的基本自振周期均比基礎(chǔ)模型小，說明布置加強(qiáng)層后，雖然墻厚減小了，但結(jié)構(gòu)的整體剛度有所增大，且布置3道伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層時，結(jié)構(gòu)整體剛度最大.

以扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與以平動為主的第一自振周期之比是判斷結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的重要指標(biāo)之一，是概念設(shè)計中加強(qiáng)抗扭剛度的基本要求，也是保證“大震不倒”的設(shè)計原則之一，顯示了結(jié)構(gòu)布置的合理性及結(jié)構(gòu)抗震性能的好壞.各模型的自振周期比（T3/T1），如圖2所示.由圖2可知：模型加入加強(qiáng)層后，其以扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與以平動為主的第一自振周期的比值高于基礎(chǔ)模型的比值，其中，加入環(huán)帶-伸臂桁架加強(qiáng)層模型的比值相對較大，說明加強(qiáng)層對抗側(cè)剛度的提高作用比對抗扭剛度的提高作用更明顯，但在同種加強(qiáng)層形式下，加強(qiáng)層布置的位置和數(shù)量對該比值的影響不大.

2.2 結(jié)構(gòu)變形

結(jié)構(gòu)側(cè)移控制是超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計時非常重要的環(huán)節(jié)，應(yīng)避免因過大的結(jié)構(gòu)變形造成的嚴(yán)重后果.各模型的最大層間位移角（δmax），如圖3所示.由圖3可知：模型的層間位移角主要由X向地震作用控制，而層間位移角是基礎(chǔ)模型和大部分帶加強(qiáng)層模型的剪力墻構(gòu)件設(shè)計時的主要控制指標(biāo)；在X向地震作用下，基礎(chǔ)模型、加入環(huán)帶桁架加強(qiáng)層模型及加入1道伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層模型的最大層間位移角相差不大，均接近規(guī)范限值，而加入2道和3道伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層模型的最大層間位移角有所減小.

在X向地震作用下，各模型的層間位移角（δX），如圖4所示.由圖4可知：各模型的最大層間位移角均位于40～50層之間，層間位移角小于限值1/620且均控制在限值附近.在減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面的情況下，加強(qiáng)層布設(shè)處及其附近的局部樓層出現(xiàn)層間位移角明顯減小的現(xiàn)象，其中，布置伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層對層間位移角的減小效果比布置環(huán)帶桁架加強(qiáng)層對層間位移角的減小效果更明顯，說明環(huán)帶桁架和伸臂桁架都有提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的作用，而伸臂桁架的設(shè)置可以更顯著地提高結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度，從而減小結(jié)構(gòu)層間位移角.但伸臂桁架在提高側(cè)向剛度的同時，也會帶來豎向?qū)娱g剛度突變，導(dǎo)致豎向剛度不均勻，容易形成薄弱層的問題.加入環(huán)帶桁架加強(qiáng)層既可以較大程度地減小對建筑使用空間的影響，又可改善加強(qiáng)層附近結(jié)構(gòu)內(nèi)力及結(jié)構(gòu)剛度的突變程度.

X向地震作用下，各模型的樓層位移（Δ），如圖5所示.由圖5可知：加入加強(qiáng)層模型的最大樓層位移均小于基礎(chǔ)模型的最大樓層位移，但不同加強(qiáng)層形式對樓層位移的影響不是很大.當(dāng)層間位移角相差不大時，在地震和風(fēng)荷載作用下，加入加強(qiáng)層的模型的最大樓層位移比基礎(chǔ)模型的最大樓層位移小，模型在減小構(gòu)件截面尺寸的情況下，結(jié)構(gòu)仍能減小最大樓層位移，說明加入加強(qiáng)層，尤其是加入伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層能提高結(jié)構(gòu)在地震作用下的抗側(cè)能力.

2.3 結(jié)構(gòu)內(nèi)力

在X，Y向地震作用下，各模型的剪力墻剪力，如圖6所示.圖6中：Vw，X，Vw，Y分別為X，Y向地震作用下，各模型的剪力墻剪力.由圖6可知：尖點說明結(jié)構(gòu)的剪力墻剪力在加強(qiáng)層處發(fā)生突變，這是由于設(shè)置加強(qiáng)層引起的內(nèi)力重分布，而且加入伸臂-環(huán)帶桁架結(jié)構(gòu)的剪力突變值比只加入環(huán)帶桁架結(jié)構(gòu)的剪力突變值大，進(jìn)一步說明環(huán)帶桁架可改善加強(qiáng)層附近結(jié)構(gòu)內(nèi)力及結(jié)構(gòu)剛度的突變程度.

3 材料用量與造價

3.1 結(jié)構(gòu)質(zhì)量

各模型的結(jié)構(gòu)質(zhì)量（m）與單位面積質(zhì)量（Up），如表6所示.由表6可知：加強(qiáng)層的加入可以有效減小墻截面尺寸，環(huán)帶桁架加強(qiáng)層和伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層的布置均可有效減小結(jié)構(gòu)單位面積質(zhì)量，說明加強(qiáng)層的布置可以節(jié)省單位面積的材料用量.無論是布置環(huán)帶桁架加強(qiáng)層還是伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層，布置2道或3道加強(qiáng)層的單位面積質(zhì)量減小效果相對較明顯，其中，布置2道環(huán)帶桁架時，環(huán)帶桁架的位置設(shè)置在24，36層可以達(dá)到更有效的單位面積質(zhì)量的目的.兩種加強(qiáng)層形式相比，布置伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層模型的單位面積質(zhì)量顯著減少，節(jié)省結(jié)構(gòu)所需的材料用量，能實現(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)性.

3.2 鋼筋與鋼板

算例中各模型的框架梁、樓面梁、桁架、框架柱的外鋼管及內(nèi)力較大處剪力墻的內(nèi)置鋼板均采用Q355鋼材，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力鋼筋及箍筋主要采用HRB400級鋼筋.各模型構(gòu)件的單位面積用鋼量，如表7所示.表7中：Ups，Upr分別為鋼板、鋼筋的單位面積用鋼量；Uall為總單位面積用鋼量.

各模型鋼板和鋼筋的單位面積用鋼量，如圖7所示.由圖7可知：加強(qiáng)層的加入有效減小了墻厚和核心筒連梁的截面大小，剪力墻和核心筒連梁的單位面積用鋼量比基礎(chǔ)模型略微減小；但加入加強(qiáng)層模型的框架梁、樓面梁、框架柱的單位面積用鋼量都比基礎(chǔ)模型的單位面積用鋼量大，且加強(qiáng)層的桁架也需用到鋼材，故基礎(chǔ)模型中加入加強(qiáng)層后，整體結(jié)構(gòu)單位面積用鋼量會增加，且加入伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層模型的單位面積用鋼量比加入環(huán)帶桁架加強(qiáng)層模型的單位面積用鋼量大；當(dāng)加強(qiáng)層形式一定時，加強(qiáng)層數(shù)量和位置對整體結(jié)構(gòu)單位面積用鋼量影響不大.

3.3 混凝土用量

各模型構(gòu)件的單位面積混凝土用量（Vp），如表8所示.表8中：Vall為單位面積混凝土總用量.

由表8可知：大部分混凝土材料用于剪力墻、框架柱這類豎向構(gòu)件中，豎向構(gòu)件的混凝土用量占90%以上；帶加強(qiáng)層模型的剪力墻和核心筒連梁的混凝土用量減少，而框架柱的混凝土用量有所提高.由于不同強(qiáng)度等級混凝土的價格有所差異，計算各模型不同等級混凝土的單位面積折算厚度（Dp），如圖8所示.由圖8可知：在結(jié)構(gòu)中加入加強(qiáng)層后，用于樓板的強(qiáng)度等級為C30的混凝土用量變化不大，其余各強(qiáng)度等級的混凝土用量均有所減小.綜合計算所有強(qiáng)度等級的混凝土用量可以看出，加入加強(qiáng)層模型的混凝土用量明顯減少，其中，帶伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層模型的混凝土用量比帶環(huán)帶桁架加強(qiáng)層模型的混凝土用量少，且在加強(qiáng)層形式一定的情況下，隨著加強(qiáng)層數(shù)量的增加，混凝土用量基本呈減少趨勢.

3.4 結(jié)構(gòu)綜合造價

由于加入加強(qiáng)層后模型的墻、柱構(gòu)件截面尺寸發(fā)生了變化，使建筑使用面積也相應(yīng)改變，總體而言，加強(qiáng)層的加入增大了建筑使用面積，可能實現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)效益.定義相對使用面積為帶加強(qiáng)層模型的建筑使用面積與基礎(chǔ)模型的建筑使用面積的差值，計算得到各模型的相對使用面積（Sr），如圖9所示.由圖9可知：在基礎(chǔ)模型中加入伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層比加入環(huán)帶桁架加強(qiáng)層更能有效增大建筑的使用面積，其中，加入2道或3道伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層時，建筑的相對使用面積最大，表明加入加強(qiáng)層可以實現(xiàn)更大的樓面利用率.

根據(jù)市場價格行情，C30，C40，C50，C60混凝土含稅價格分別為370，390，480，500元·m-3，鋼筋價格為5 350元·t-1，鋼板價格為10 000元·t-1.根據(jù)各模型的材料用量計算成本，以基礎(chǔ)模型的材料成本為參照，定義相對材料成本為帶加強(qiáng)層模型的材料成本與基礎(chǔ)模型的材料成本的差值，相對盈利通過帶加強(qiáng)層模型的相對使用面積與樓面售價的乘積扣除相對材料成本計算得到，采用相對盈利來考察帶加強(qiáng)層模型相對于基礎(chǔ)模型的綜合造價變化量.以樓面售價為自變量，相對盈利為因變量建立函數(shù)，得到各模型在不同樓面售價下的相對盈利，如圖10所示.圖10中：w為樓面售價；pr為相對盈利.

由圖10可知：當(dāng)樓面售價較低時，部分模型的相對盈利小于零，說明在樓面售價較低時，加入加強(qiáng)層的模型由于建筑材料成本太高，盈利小于基礎(chǔ)模型；當(dāng)樓面售價高于2萬元時，帶加強(qiáng)層模型的相對盈利均大于零，說明加入加強(qiáng)層模型具有更高的經(jīng)濟(jì)性；在此之后，樓面售價越高，相對盈利呈線性增長，且不同加強(qiáng)層形式的模型的相對盈利差距越大，伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層模型的經(jīng)濟(jì)性更加凸顯；無論是加入環(huán)帶桁架加強(qiáng)層還是伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層，相對盈利隨加強(qiáng)層數(shù)量的增多呈增長趨勢.對于加入環(huán)帶桁架加強(qiáng)層的模型，布置2道或3道環(huán)帶桁架加強(qiáng)層比只布置1道環(huán)帶桁架加強(qiáng)層的相對盈利明顯增加；而對于加入伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層的模型，布置2道或3道加強(qiáng)層對建筑相對盈利的影響不大，但明顯高于只布置1道伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層的相對盈利.

4 建筑建造階段碳排放測算

4.1 建筑材料碳排放因子

GB/T 51366-2019《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》［14］中指出，建材碳排放應(yīng)包含建材生產(chǎn)階段及運輸階段的碳排放.建材生產(chǎn)階段和建材運輸階段均需要確定碳排放因子.

4.1.1 混凝土 由于《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》未對各類等級強(qiáng)度的混凝土碳排放因子進(jìn)行規(guī)定，根據(jù)俞海勇等［15］對基于全壽命周期的預(yù)拌混凝土碳排放計算模型的研究，依據(jù)混凝土配合比計算單位混凝土的引入碳排放、單位混凝土生產(chǎn)能耗導(dǎo)致的碳排放及單位混凝土運輸油耗導(dǎo)致的碳排放，確定單位預(yù)拌混凝土的碳排放量，即混凝土生產(chǎn)階段的碳排放因子.原材料運輸碳排放根據(jù)《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》另行計算，不計原材料運輸碳排放的混凝土碳排放因子，如表9所示.

4.1.2 鋼材 根據(jù)《建筑碳排放計算標(biāo)準(zhǔn)》確定模型所用鋼材的碳排放因子，其中，熱軋?zhí)间撲摻畹奶寂欧乓蜃訛? 340 kgCO2·t-1，熱軋?zhí)间撲摪宓奶寂欧乓蜃訛? 400 kgCO2·t-1.

4.2 碳排放總量計算

綜合材料使用碳排放量和材料運輸能耗碳排放量，建材碳排放總量（C）為材料使用碳排放量和建材運輸能耗碳排放量總和，其計算式為

C=∑ni=1aiAi+∑ni=1biBidi.（1）

式（1）中：ai為建造階段第i種主要建材的消耗量；Ai為第i種主要建材的碳排放因子；bi為運輸階段第i種主要建材的消耗量；Bi為第i種建材單位質(zhì)量運輸距離的碳排放因子；di為第i種主要建材的平均運輸距離.

結(jié)合混凝土、鋼筋及鋼板的材料用量數(shù)據(jù)，根據(jù)式（1）計算各模型建造階段的碳排放量，如表10所示.表10中：η為影響分?jǐn)?shù).由表10可知：建造階段的碳排放主要來自材料使用碳排放，建材運輸碳排放量僅占少數(shù).模型A～H的總碳排放量依次減少，與模型A相比，模型B的碳排放量減少了約1/10，模型H的碳排放量減少了約1/3.因此，加強(qiáng)層的加入能夠有效減少建筑建造階段的碳排放量，加入伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層的減排效果比加入環(huán)帶桁架加強(qiáng)層的減排效果更好，且無論對于哪種形式的加強(qiáng)層，碳排放量隨著加強(qiáng)層數(shù)量的增加呈減少趨勢.

5 結(jié)論

通過算例模型，分析加強(qiáng)層形式、數(shù)量和位置對超高層框架-核心筒結(jié)構(gòu)的主要控制指標(biāo)、結(jié)構(gòu)受力性能、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)境效應(yīng)的影響，得出以下4點結(jié)論.

1） 加入加強(qiáng)層后，框架柱設(shè)計的主要控制指標(biāo)為軸壓比和壓彎承載力，“強(qiáng)柱弱梁”節(jié)點要求的不再是柱的主要控制指標(biāo)；剪力墻設(shè)計的主要控制指標(biāo)為剪壓比和層間位移角，加入伸臂-環(huán)帶桁架后，整體穩(wěn)定性也成了外墻的主要控制指標(biāo)；框架梁設(shè)計的主要控制指標(biāo)為整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定；核心筒連梁設(shè)計主要控制指標(biāo)為剪壓比和縱筋配筋率.

2） 加入加強(qiáng)層能有效提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)能力，其中，伸臂-環(huán)帶桁架提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)能力的效果高于環(huán)帶桁架，但引起結(jié)構(gòu)豎向剛度的突變程度也大于環(huán)帶桁架.

3） 帶加強(qiáng)層模型的相對盈利呈線性增長的趨勢.當(dāng)樓面售價高于2萬元時，帶加強(qiáng)層模型的盈利才能超越基礎(chǔ)模型的盈利.其中，加入伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層模型的盈利比加入環(huán)帶桁架加強(qiáng)層模型的盈利大，且模型的相對盈利隨著加強(qiáng)層數(shù)量的增多而增大.

4） 加強(qiáng)層的加入能夠有效減少建造階段的碳排放量，加入伸臂-環(huán)帶桁架加強(qiáng)層的減排效果比加入環(huán)帶桁架加強(qiáng)層的減排效果更好，且無論對于哪種形式的加強(qiáng)層，碳排放量隨著加強(qiáng)層數(shù)量的增加呈減少趨勢.

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（責(zé)任編輯： 黃曉楠 ??英文審校： 方德平）

收稿日期： 2022-12-29

通信作者： 胡紅松（1986-），男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的研究.E-mail：huhs@hqu.edu.cn.

基金項目： 國家自然科學(xué)基金資助項目（52278183， 51878303）； 福建省廈門市建設(shè)局建設(shè)科技項目（XJK2022-1-17）

http：∥www.hdxb.hqu.edu.cn