泰和高层住宅钢结构设计及经济指标分析.doc

本文由201086q贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第十八届全国商层建筑结构学术会议论文 年 泰和高层住宅钢结构设计及经济指标分析 左权胜周鹏洋 （杭卅大雉舟蔡审适有限公司，杭州 ） 李铮倪宗英 （抗槲夭元建筑设计研究院，杭州 ） 提要：本文介绍作为建设部科技示范工程的器和花园二期棱的镧结构设计，总结了型钢混凝土结构 在住宅建筑中应用时可能遇到的问题并与传统的钢筋混凝士结构在经济指标上作了对比分析。 关键词：型钢混凝结构，住宅钢结构，泰和花园 住宅钢结构具有建筑空间大，空间分隔灵活，面积利用率高，自重轻，抗震性能好， 工期短，节能环保等优点，愈来愈倍受建筑行业的关注，特别对于钢结构制造业，这将是 一个崭新丽广阔的领域，泰和花园二期楼的建设是我们进入这个领域的一次很好的契 机。 工程概况 泰和花园二期位于杭州市萧山区国家公园南江公园附近，属于住宅黄金地段，楼 是其中茉莉苑五幢高层住宅之一，建筑占地面积，建筑面积约，为一梯两户 点式高层住宅，地下一层（平时作为地下自行车库和设备用房，战时作为人防物资库），地 上十八层（其中住宅十七层，塔楼部分为电梯机房），基本层高，建筑总高度，设 有两部的住宅电梯。 作为建设部科技示范工程，本项目的一个特点是：工程的内外墙体材料采用了蒸压加 气混凝土（）砌块，外墙厚，内墙厚，标准砌块长，高，在粘土 砖被渐渐淘汰的环保趋势下，这是一种值得推荐的替代产品，它不仅有效地减轻建筑物的 自重（干密度仅为粘土砖的），而且在保温，隔热，隔音性能上完全满足住宅规范的要 求。 由于是一次新的探索，而且业主要求必须保证建筑平立面与总体设计一致，这给结构 体系的确定带来一定的难度，立项之初，项目组人员查阅了大量冒内外技术资料，并专门 组织对全国同类项目进行了考察，最后采用了框架剪力墙结构体系，剪力墙和框架柱采用 友权胜，男，出生工学硕士，高级工程师 建设部科技示范项目 ? 第十八届全国高层建筑结构学术会议论文 年 型钢混凝土，而框架梁则采用型钢梁，考虑到制作加一：的方便，型钢构件基本采用热 轧型钢。楼板仍然采用了现浇钢筋混凝土板。 采用这种结构体系主要考虑它有以下的优点： 与全钢结构相比，首先是造价低于全钢结构，而且由于有型钢混凝土剪力墙的存在， 它的侧向刚度比钢框架好，另外，型钢混凝土构件满足防火要求，可避免采用昂贵的防火 涂料，也比钢构件的建筑装修方便。 与钢筋混凝土结构相比，首先是施工速度快，工期短，而且柱截面尺寸小于钢筋混凝 土柱截面，提高了面积利用率，楼标准层的使用面积系数为，比同样户型的钢 筋混凝土结构高出个百分点。另外，型钢混凝土构件的延性比钢筋混凝土好。 至于为什么未采用型钢混凝土梁而采用了型钢梁的原因，主要是考虑到梁柱连接的构 造处理以及施工的速度问题。总之，从结构而言，这是一个中庸但适用的方案。 如图一是标准层的平面图。 结构设计参数及计算结果 本工程采用的分析软件是带墙元模型的，并利用进行了复核。 结构中型钢混凝土柱主要有两种，一种截面为，其中型钢规格为， 另一种截面为，型钢规格为，最大钢梁为，除剪力墙中型 钢采用焊接型钢外，其他钢构件均是热轧型钢，牌号为。 最高混凝土标号为。 地震计算参数中，地震烈度为度，结构阻尼比取，取个计算振型。 以下为部分计算结果： 第一自振周期为。 ，方向的有效质量系数分别为和 方向偏心率为，方向偏心率为。 水平位移：层间位移与层高比值的最大值为。顶点位移与高度比最大值为。 设计难点 尽管这种类型的结构已渐渐被行业内人士所了解，但与传统的钢筋混凝土结构或全钢 结构相比，在具体实施过程中还是有一定的技术含量，这一点可以从它所涉及的国家规范 上可见一斑，高层建筑混凝土结构技术规程中称之为混合结构，并专门有一章节介绍它， 对基本构件而言，我们需要参照型钢混凝土组合结构技术规程，另外还有冶金部曾发布 的钢骨混凝土结构设计规程，有些内容还涉及到高层民用建筑钢结构技术规程，对 钢构件而言需参照钢结构设计规范。 我们在具体设计过程中有以下几点需特别提出作一介绍： ? 第十八届全嚣商层建筑结构学术会议论文 年 （一）结构平面布置的确定 从上面的平面布覆图中我们可以看出，本工程的平面形状非常不规则，为了尽量地减 图一 小偏心率，使刚度中心与质量中心吻合，我们通过调整剪力墙的布置，先后试算了二十多 种平面布置方案，因篇幅有限，这些方案在此不一一列出，最后终于得到目前这种吻合很 好的结果。 （二）节点设计 本工程钢梁与框架柱的连接采用刚接，钢梁与剪力墙的连接则采用铰接，且剪力墙中 此位置布置型钢暗柱，以方便连接。 软件仅对整个结构的进行分析设计，不包括对节点的设计。然而当前粱柱构件 的截面大小虽然满足构件设计的要求，但不能满足节点的验算的要求，其中包括一些构造 要求，这是一个综合判定的过程。为此，我们针对型钢混凝土框架梁柱节点开发了专门的 应用程序，其中包括验算框架节点的受剪承载力，节点的粱柱受弯承载力之和之比，柱截 面配箍率及体积配箍率，型钢含铜率等指标是否满足规范要求。这个模块是用来判断梁柱 截面是否合适的，另外还有专门针对钢粱与柱的栓焊刚接及铰接节点的高强螺栓设计的模 ? 第十八届全国高层建筑结构学术会议论文 年 块，以及埋入式柱脚的计算模块等等。因此大大地缩短了我们的结构设计周期。 （三）钢结构部分防火设计 钢柱由于外包混凝土可保证防火性能，对于钢梁腹板两侧采用厚加气混凝土 砌块填充，下翼缘裸露部分喷涂厚涂型防火涂料。 （四）构造 在框架节点设计上，由于结构平面的复杂性，考虑到经济指标，使得型钢粱的规格随 不同的跨度而多样，这给空间框架节点区构造带来了一定的麻烦，四周梁高的不同使得加 劲复杂起来，也给后续的制作安装带来了不便。这是由于考虑造价带来的负面作用。 另外在阳台的悬臂梁与框架柱及短肢剪力墙中型钢暗柱的连接处理上；钢方管弧形梁 与型钢混凝土柱的连接处理，我们都经过了反复斟酌。 设计上需改进的地方 目前该工程已顺利完工，通过现场的反馈我们得知，在施工过程中，由丁截面小，加 上型钢及栓钉的影响，给混凝土的浇筑和振捣带来了很大的不便。 经济指标对比分析 与楼同期施工的楼，在楼层户型等方面与楼接近，它采用的是传统的钢 筋混凝土结构，下表对这两栋楼作一比较： 表： 项目 楼与棒楼经济指标对比 楼 楼 建筑面积（） ，蝴（） 钢筋用量（） 型钢，（） 混凝土用量（） 砌块用量（） 粘土砖用重（块，） 综合造价（元，） 使用面积系数 （折算标准砖） 注：、钢材及混凝土用量中包括上部结构，人防地下室及桩基工程。 、综合造价包括士建、给排水、暖通、电气、弱电等。 ? 第十八属全国商层建筑结构学术会议论文 年 、型钢用量包括型钢、节点、栓钉、予埋件等。 在单方造价上，楼比楼稍高，主要原因是楼的既定的建筑平面布置使钢 结构在用钢指标上的优势没充分发挥，但考虑到围护结构的墙体材料，粘土砖将彻底被新 型墙体材料所代替等因素。钢结构在住宅中的应用前景将十分看好。 参考文献 】 陈富生。邱国挣，范重高层建筑镪结构设计中国建筑工业出版社 高层建筑结构空闯有限元分析与设计软件髓中嚣建筑科学研究院啊工程部 ? 泰和高层住宅钢结构设计及经济指标分析 作者： 作者单位： 左权胜， 周鹏洋， 李铮， 倪宗英 左权胜,周鹏洋(杭州大地网架制造有限公司,杭州,311215)， 李铮,倪宗英(杭州天元建筑设 计研究院,杭州,311000) 相似文献(9条) 1.期刊论文 田占岭.杨家才 型钢混凝土结构施工技术 -科技资讯2008(13) 在建筑当中使用型钢混凝土结构,与钢筋混凝土结构相比,可以有效减小结构构件的截面,增大使用面积和空间;与钢结构相比,可以减少结构的维护费 用,延长使用寿命.在建筑工程当中使用型钢混凝土结构的工程开始增多,我在施工当中遇到几个型钢混凝土结构,同时也遇到了不少新问题.在柱、梁、墙 当中有型钢又有钢筋,怎样处理好型钢与钢筋的工序交叉问题,怎样即保证型钢的施工质量又保证钢筋的施工质量,怎样施工更经济一些,摆在了施工管理 人员的面前,但解决这些问题可查书籍和施工经验并不多.本文介绍了型钢混凝土结构施工当中的关键技术问题. 2.期刊论文 田占岭.杨家才 型钢混凝土结构施工技术 -科技资讯2008(12) 在建筑当中使用型钢混凝土结构,与钢筋混凝土结构相比,可以有效减小结构构件的截面,增大使用面积和空间;与钢结构相比,可以减少结构的维护费 用,延长使用寿命.在建筑工程当中使用型钢混凝土结构的工程开始增多,我在施工当中遇到几个型钢混凝土结构,同时也遇到了不少新问题.在柱、梁、墙 当中有型钢又有钢筋,怎样处理好型钢与钢筋的工序交叉问题,怎样即保证型钢的施工质量又保证铜筋施工质量、怎样施工更经济一些,摆在了施工管理人 员的面前,但解决这些问题可查书籍和施工经验并不多.本文介绍了型钢混凝土结构施工当中的关键技术问题. 3.会议论文 邓国专.郑山锁.田微.张亮.查春光 型钢混凝土结构粘结滑移性能物性参数的理论分析 2005 基于实腹式型钢混凝土粘结滑移性能的拉拔、推出、推拉反复及短柱轴压试验研究结果,对表征型钢混凝土结构粘结滑移性能的物性参数进行了理论 分析.把型钢混凝土结构视为一种型钢(增强体)与混凝土(基体)的纤维增强复合材料,根据能量释放原理提出了型钢与混凝土之间粘结滑移计算的力学模 型,同时基于试验得到的基准粘结滑移本构关系和粘结应力的分布规律,从理论上推导了试件加载端外加荷载与相对滑移量的关系,给出了粘结滑移破坏的 理论依据.基于型钢与混凝土协同受力的主要缺陷是它们之间的粘结面易发生剪切粘结破坏这一重要试验研究结论,采用塑性极限 理论建立了分析粘结 滑移破坏机构的数学模型,推导了型钢与混凝土之间粘结强度的数学表达武,并对影响型钢与混凝土粘结性能的主要物性参数进行了理论分析,提出了最小 混凝土保护层厚度、配箍率和型钢锚固长度的计算模型与方法。研究成果为型钢混凝土结构的设计计算理论研究奠定了基础,并且为型钢混凝土结构的有 限元分析提供了理论依据. 4.会议论文 左权胜.周鹏洋.李铮.倪宗英 杭州萧山高层钢结构住宅楼设计及经济指标分析 2005 本文介绍作为建设部科技示范工程的泰和花园二期16楼的钢结构设计,总结了型钢混凝土结构在住宅建筑中应用时可能遇到的问题。并与传统的钢 筋混凝土结构在经济指标上作了对比分析。 5.期刊论文 龚格明 四川航空公司大楼巨型框架结构方案选择 -孝感学院学报2003,23(6) 对巨型框架体系采用全钢结构、钢筋混凝土结构、型钢混凝土结构、钢框架-混凝土剪力墙结构等四种不同材料的结构方案进行了技术和经济比较 ,论证了采用钢结构方案的必要性和合理性. 6.会议论文 邓国专.郑山锁.田微.曾磊.吕莹.熊宏伟 型钢混凝土结构粘结滑移性能的对比试验研究 2005 进行了16榀试件的实腹式型钢混凝土粘结滑移性能的推出、推拉反复、短柱轴压及局部隔离型钢表面的拉拔对比试验.结合试验研究的拉拔试验结 果,对不同试验方案中试件的破坏形态进行对比分析,研究了型钢与外包钢筋混凝土共同受力的特点以及力的传递规律;由隔离型钢腹板及型钢腹板和翼缘 内侧对比试验结果,确定了型钢翼缘内侧、外侧和腹板两侧粘结应力的相对大小和分布规律,并在理论上给出了机理解释,为型钢混凝土结构设计提出了合 理的建议;从推拉反复加载试验结果得到了反复荷载作用下粘结作用的退化规律与量值,并分析了反复与单调荷载作用下粘结滑移 曲线的相似性与特点 ;研究了高强高性能混凝土与型钢之间的粘结滑移性能,建立了型钢与普通和高强高性能混凝土之间的统一粘结强度的计算公式,指出了高强高性能型钢混 凝土结构在工程应用中的注意事项.研究成果为改进型钢混凝土结构的强度、刚度、变形、裂缝宽度计算理论提供了试验依据,并为型钢混凝土结构有限 元分析奠定了基础. 7.会议论文 郑山锁.赵伟.李磊.邓国专.曾磊.车顺利 型钢混凝土偏压柱ANSYS数值模拟分析研究 2007 采用ANSYS程序对8榀型钢高强高性能混凝土偏压柱的受力性能进行了非线性有限元数值分析,系统研究了基于ANSYS有限元程序的型钢混凝土结构的 单元类型、模型定义、各自本构关系选取以及整体构件建模过程;分析了可用于模拟粘结滑移非线性弹簧单元Combination39的F-D实常数定义和生成技术 ;基于8榀不同偏心率和长细比的偏压柱试验数据统计结果,得出了各级持续荷载作用下沿柱高不同位置处型钢与混凝土粘结滑移的(x)S(x)数值关系,并 以此作为型钢拉压翼缘纵切向基准粘结滑移本构关系,同时考虑型钢拉压翼缘每个生成结点的横切向相互作用.结合计算与试验结果,确定了粘结滑移对型 钢高强高性能混凝土偏压柱开裂荷载、极限荷载和变形刚度的影响.模拟结果与试验结果较为吻合,表明所建立的型钢混凝土结构ANSYS模拟技术合理、可 行,可适用于基于ANSYS程序的型钢混凝土结构有限元数值模拟和受力性能的深入研究. 8.会议论文 左权胜.周鹏洋.倪宗英 泰和高层住宅钢结构设计介绍 2006 本文介绍作为建设部科技示范工程的泰