建筑结构体系对上部结构经济性的影响分析

城貔建设 课题项目 自治区科技厅 一类高层商住楼经济性及精确设计研究 桂科产 0 7 9 9 O 0 2 1 1 建筑结构体系对上部结构经济性的影响分析 圈 Al t o 姗潮 哪 l 鑫 l 晌噱 S t r u c t u x 建筑结构设计是工程建设计划 的具体化 对工程建设的投资 实施 及使用 中的能耗 物耗有重要而深 远的影响作用 在建筑结构设计阶 段 提升对经济性问题 的认识和研 究 对于促进建筑业的发展步入高 效 集约化轨道有重要的基础性作 用 同时 在建筑结构设计 中 结构 体系的选择对结构的经济性又有着 重要的影响 一 类高层商 住楼 中 常用结构 体系主要有剪力墙结构和框架一剪 力墙结构 剪力墙结构是由纵横方 向的墙体构成的结构体系 其主要 特点有 抗侧刚度大 侧移小 抗震 榻强史杰朱春华 Xu a n Qi a n g S h i J i e Z h u Ch u n h u a 摘要 本文通过工程实例 分析采用剪力墙结构和框架一 剪力墙结构 两种 不 同的结构体 系 在不同的高度情况下 对建筑结构经济性的影响 有一 定的 借 鉴意 义 关键词 一类高层建筑 结构体系 经济分析 文章编号 1 6 7 2 7 0 4 5 2 O 1 0 0 1 0 0 9 8 0 3 中图分类号 T U 9 7 3 1 6 文献标识码 B Ab s t r a c t T h r o u g h p r o j e c t c a s e s t h e p a p e r a n a l y z e s t h e e ff e c t s t o t h e e c on omy o f b u i l d i n g s t r u c t u r e s o f s h e ar wa l l an d f r ame s h e a r wa l 1 Ke y wo r d s Gr a d e A h ig h r is e b u i l d i n g b u i l d i n g s t r u c t u r e e c o n o mic a n a l y s i s 性 能好 室 内墙面平 整 结 构 自重 大 吸收地震能量大 平面布置不灵 活 不易形成大空间 框架一剪力 墙结构是由框架及剪力墙组成的结 构体系 其既有框架结构布置灵活 使用方便的优点 又有较好的抗侧 移 能力 在实 际工程 中应用较为广 泛 本文针对这两种结构体系在不 同楼层总高情况下的结构经济性进 行分析对比 以供参考 1 工程实例 一 类高层商住楼 按规范定义 为建筑高度超过 5 0 m 或 2 4 m以上 的 任一楼层建筑面积超过 1 5 0 0 m 的商 住楼 本文选取的模型为南宁市某一 高层商住楼 地上 2 3 层 地下 2 层 平面长度 4 2 m 宽 度 1 6 m 屋 面标高 7 1 1 m 钢筋混凝 土剪力墙结构 风 荷载标准值取 0 4 0 k N m 抗震设 防 烈度 6 度 剪力墙抗震等级 4 级 梁 板混凝土等级均为 C 2 5 墙混凝土等 级 C 4 0 并依层高递减至C 2 5 墙筋 楼板钢筋采用一级钢 柱主筋采用 二级钢 梁主钢筋采用三级钢 地 上 1 3 层 为商场 地上 4 2 3 层住 宅为标准层 其平面图见图1 单层 建筑面积4 9 0 m 槭貔建设 2 分析过程 本文采用的含钢量及混凝土用 量的计算结果均来 自M I D A S b u i l d i n g 软件中的绘图师部分 由软件根 据计算结果 自动生成施 工图 不进 行人工干预 仅对 相关的参数做相 应调整 各种构造措施 概念设计等 均不作考虑 基于上述条件 得 出 的计算结果 是有可 比性 的 由此 我们 可以得 出 以楼层总 高作为 自 变量 由总高不 同引起不 同的风荷 载 抗震等级 结构竖 向构件截面及 混凝 土强度等级等变量的变化 从 而综合影响 了结构的含钢量 混凝 土用量等的变化 当然 不完全考 虑相应的构造措 施及概 念设计 单 纯 由软件根据计算结果得出的含钢 量相对实际工程 来说是偏小 的 不 全面的 因此 不能作为实际工程 的 参考 但作为定性 的 一个相对定 量的分析对 比 抛 开各种 人为 因素 的影响 倒也是一种合适的选择 考 虑 风 荷 载 及地 震 作 用 用 M I D A S b u i l d i n g 软件对模型进行计 算分析 分层生成施工图配筋 用钢 量及混凝土用量见表 1 在相 同的楼 层总高条件下 修 改原来的模型 采用框架一 剪力墙 结 构 4 2 3 层标 准层平 面 图见 图 2 同样用 M I D A S b u i l d i n g 软件对 上面的模 型进行计算分析 分层 生 成施工图配筋 用钢量及混凝 土用 量见表2 由 此 得 出一 组 结 构 总 高 为 7 1 1 m 高度情况下 剪力墙结构和框 架一剪力墙结构的含钢量及混凝土 用量对 比的数值 3 结果分析 用上述的一组模型进行修改 通过增加或者删减楼层得出不同结 构总高情况下的几组含钢量及混凝 土用量结果对 比 采用的部分计算 条件及结果分别见表 1 及表2 由表 1 可 以看 出 剪力墙 结构 在不 同结构总高情况下 用钢量变 化不大 保持基本持 平 在 6 0 m 以 下 甚至有随总高增加而下降的趋 势 这一点 由图 3 我们可以清晰地 看出 而在 8 0 m以后 用钢量略有上 表 1 不同结构总高情况下计算 条件及经 济性结果对 比表 剪 力墙结构 结构总高 m 5 0 1 5 9 1 6 2 1 7 1 1 7 7 1 8 O 1 8 9 1 9 8 1 楼层总数 层 1 6 l 9 2 O 2 3 2 5 2 6 2 9 3 2 风荷载标准值 k N m O 3 5 o 3 5 O 4 O 4 O 4 O 4 O 4 O 4 剪力墙抗震等级 4 4 4 4 4 3 3 3 底层混凝土强度等级 c 4 o c 4 o c 4 o C 4 5 C 4 5 c 4 5 c 5 o c 5 o 含钢量 K g f 4 3 9 4 3 5 4 3 4 4 4 3 4 4 3 4 4 9 4 6 1 4 6 1 混凝 土 用量 m 3 2 6 1 1 3 0 9 1 3 2 5 0 3 7 5 4 4 O 7 4 4 3 2 2 4 8 2 0 5 3 1 4 表2 不同结构总高情况下计算条件及经济性结果对比表 框架一剪力墙结构 结构总高 m 5 0 1 5 9 1 6 2 1 7 1 1 7 7 1 8 O 1 8 9 1 9 8 1 楼层总数 层 1 6 1 g 2 0 2 3 2 5 2 6 2 9 3 2 风荷载标准值 k N ff O 3 5 O 3 5 0 4 O 4 O 4 O 4 O 4 O 4 框架抗震等级 4 4 3 3 3 3 3 3 剪力墙抗震等级 3 3 3 3 3 3 3 3 底层混凝土强度等级 C 4 0 C 4 0 C 4 O C 4 5 C 4 5 C 4 5 C 5 0 C 5 0 含钢量 k g n f 4 4 6 4 5 6 4 6 6 4 7 O 4 8 0 4 8 0 4 9 3 5 0 O 混凝土用量 I3 2 4 O 6 2 8 6 6 3 O 5 3 3 4 9 6 3 8 l 4 3 9 6 2 4 4 0 7 4 9 l 5 o j 槭糖建设 图 3含 钢 量 对 比 图 升 这是 由于剪力墙抗震等级 由四 级上升为三级的原因 由图表也可 以看出 在临界点 结 构总高 6 0 m 处 风荷载 由五 十年 一 遇增为百年一遇 含钢量及 昆 凝 土的用量并没有 出现大的突变 也 就 是 说 风 荷 载 由 0 3 5 k N m 变 为 0 4 0 k N m 对结构经济性 的影响并 不显著 由表 2可以看出 框架一 剪力 墙 结构在不 同结构总高情况下 用 钢量是基本呈直线增加的 结构总 高及风荷载 结构抗震等级 结构竖 向构件截面及混凝土强度等级等因 素共 同影响着结构含钢量及 昆 凝土 用量的变化 而 由图 3含钢量对 比图 我们 可以看出 剪力墙结构基本上都 比 框架一剪力墙结构用钢量要低 变 化 的 幅 度 从 相 差 1 5 到 8 5 左 右 剪力墙结构有着 良好的抗侧力 性能 从而在高层结构 中能够起到 很好的作 用 而恰 当的受力方式带 来的自然是合理的经济性 从图 3 我 们可 以认为 剪 力墙 结构有着 比框架一剪力墙结构更好 的经济性指标 但是它也有缺点 大 开 间就是剪力墙结构难以达到的 螂 旺 3 O 0 0 刊 爨 20 00 而框架一剪力墙结构就可以很好的 弥补这个缺点 因此 综合考虑各 种 因素后方可选 定建筑 的结 构形 式 由图4可以看 出 剪 力墙结构 普遍 比框架一剪力墙结构 昆 凝土用 量多 但是变化幅度不大 由计算得 出 二者差距 大概在 6 5 9 3 左 右 4 结语 影响含钢量 的因素很多 本文 只论述了结构体系及结构总高的影 响 其他诸如建筑材料 抗震烈度 建筑平面等 因素都动态影响着建筑 含钢量的变化 实 际上 注重经济性 的建筑设 计包含非常广泛的内容 除了本文 论述的结构体系对建筑含钢量的影 响外 建筑体形 结构层高 建筑材 料保温性能和气密性 建筑 空间组 织 能源与资源利用 技术组织 以 及建筑循环再利用等一系列 因素都 会对建筑结构经济性产生影响 单 一 的手段有时候并不能收到很好的 效果 因此 应进行全方位 的考虑 确定最经济的方法 图4混凝土 用量对比 图 参考文献 1 J G J 3 2 o O 2 高层 建筑 混 凝土结构技术规程 S 2 G B 5 0 0 1 0 2 0 0 1 建筑抗震 设计规 范 S 3 G B 5 0 0 0 9 2 0 0 1 建筑结构 荷载规 范 S 4 秦荣 高层与超高层建筑结 构 M 北京 科学出版社 2 0 0 7