魏毅玲,吳鎮(zhèn)江
(中國建筑上海設(shè)計(jì)研究院有限公司廈門分公司,福建廈門361012)
帝豪廣場位于福建省上杭市紫金大道和北二環(huán)路交界,是一個(gè)集四星級(jí)酒店、辦公及住宅配套為一體的商業(yè)地產(chǎn)項(xiàng)目。四星級(jí)酒店為該項(xiàng)目街區(qū)主門面,建筑面積 2.1×104m2,地上由4層裙房和20層主樓組成,建筑高度96 m,地下二層,出屋面為立面幕墻造型和景觀圓球,其立面效果圖見圖1。
本工程為丙類建筑,抗震設(shè)防烈度為6度,設(shè)計(jì)基本加速度值為 0.05g,場地類別Ⅱ類,基本風(fēng)壓為0.35 kN/m2(100年)。
圖1 帝豪廣場四星級(jí)酒店立面效果
本工程根據(jù)建筑平面特點(diǎn)及功能要求,采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu),在電梯井、樓梯間處布置剪力墻作為主要水平抗側(cè)力構(gòu)件;沿外立面內(nèi)走廊適當(dāng)柱距布置框架柱,主要承擔(dān)豎向荷載;樓蓋為鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓蓋。標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置見圖2。
本工程采用中國建筑科學(xué)研究院編制的PKPM、SATWE分析程序進(jìn)行計(jì)算,在塔樓偏置滿足規(guī)范的前提下將裙房與主樓相連,結(jié)構(gòu)計(jì)算地上總層數(shù)取28層,考慮頂部出屋面造型的附加風(fēng)荷載及地震荷載,首層為嵌固端并向下計(jì)算至地下2層。
由標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖可看出,酒店弧形軸網(wǎng)外弧邊柱跨度較大,中柱受荷面積較大,均屬受力較大的柱構(gòu)件。經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較后,對(duì)外弧邊柱及中柱采用鋼管混凝土柱(共8根),鋼管混凝土柱布置詳圖2;內(nèi)弧邊柱因受力較小,仍采用鋼筋混凝土柱。
圖2 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置
以一層受力較大處的鋼管混凝土柱為例,在1.35恒載+0.98活載工況下,N=31 479 kN,M=410 kN·m。如采用普通混凝土柱,框架抗震等級(jí)按三級(jí),柱軸壓比限值U=0.9(短柱),受當(dāng)?shù)鼗炷翑嚢枵竟┴浰较拗?,上杭地區(qū)商品混凝土強(qiáng)度等級(jí)最高用至C45,則柱截面尺寸需達(dá)1 300 mm×1 300 mm。實(shí)際上,隨著混凝土柱截面增加,其吸收地震及風(fēng)荷載下內(nèi)力均相應(yīng)增大,柱截面尺寸達(dá)到1 400 mm×1 400 mm才可滿足承載力極限狀態(tài)要求,且計(jì)算配筋量巨大。鋼管混凝土柱與混凝土柱的經(jīng)濟(jì)比較見表1。
表1 底層鋼管混凝土柱與混凝土柱經(jīng)濟(jì)分析表
經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較,本工程對(duì)受力較大的8根主樓柱按鋼管混凝土進(jìn)行設(shè)計(jì)。采取鋼管混凝土柱后,不僅可實(shí)現(xiàn)綜合獲利,還可減少結(jié)構(gòu)柱占用建筑空間,使得地下室外弧邊柱處每跨可增加一部停車位,也利于建筑標(biāo)準(zhǔn)層酒店布局。其余柱子由于受力較小,采用鋼管混凝土柱綜合獲利不大,按普通鋼筋混凝土柱進(jìn)行設(shè)計(jì)。
本工程混凝土梁與鋼管混凝土柱剛接節(jié)點(diǎn)采用RC環(huán)梁節(jié)點(diǎn),在鋼管周圍貼焊一道或兩道帶鋼作為抗剪環(huán),框架梁端剪力通過抗剪環(huán)傳至鋼管混凝土柱,RC環(huán)梁圍繞鋼管與鋼管緊密箍抱,將梁端彎矩傳遞給鋼管混凝土柱。與穿筋-環(huán)形牛腿及寬梁-承重銷節(jié)點(diǎn)相比,RC環(huán)梁節(jié)點(diǎn)鋼管內(nèi)外無加強(qiáng)環(huán)及穿心構(gòu)件,除抗剪環(huán)及鋼管接長外無任何現(xiàn)場施焊,環(huán)梁鋼筋籠可在地面綁扎后吊裝就位,框架縱筋直接錨固在環(huán)梁內(nèi)與環(huán)梁整澆,施工方便且造價(jià)較低。
環(huán)梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法參考文獻(xiàn)[1]中提出的力學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算,本文不再詳述。
本工程RC環(huán)梁典型節(jié)點(diǎn)見圖3。
鋼管混凝土軸心受壓短柱承載力計(jì)算公式如下:
根據(jù)預(yù)算價(jià)來定義單位長度鋼管混凝土柱造價(jià)如下?;炷翉?qiáng)度等級(jí)
可列出不同壁厚、混凝土強(qiáng)度時(shí)鋼管混凝土的N0與F0(以 900 為例),詳表2。
由表2可看出:
(1)套箍指標(biāo)體現(xiàn)鋼管混凝土柱中鋼材的比重,套箍系數(shù)越大,柱承載力越大,但性價(jià)比越低。
(2)鋼管混凝土柱中鋼材造價(jià)占總造價(jià)絕大多數(shù)份額,但鋼材承載力占總承載力的份額到一定比例后提高幅度有限。
(3)在供貨水平允許的情況下,應(yīng)優(yōu)先采用薄壁鋼管和高強(qiáng)度混凝土搭配。例如鋼管混凝土柱t=25,C55的承載力(N0=51647 kN)為柱t=32,C45的承載力(N0=54551 kN)的94.7%;而造價(jià)僅為它的80.7%,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
圖3 RC環(huán)梁典型節(jié)點(diǎn)
在酒店類高層建筑中采用鋼管混凝土柱具有較大優(yōu)越性,可有效降低結(jié)構(gòu)造價(jià)及增加使用空間,利于建筑創(chuàng)作。RC環(huán)梁節(jié)點(diǎn)為混凝土梁與鋼管混凝土柱可靠剛接節(jié)點(diǎn),在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,應(yīng)盡可能采用高強(qiáng)混凝土,這樣才能充分發(fā)揮鋼管混凝土的特點(diǎn),取得較優(yōu)效果。
表2 900鋼管混凝土柱性價(jià)比
[1]宋欣.鋼管混凝土柱環(huán)梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法研究[D].華南理工大學(xué),2000
[2]CECS 28:90鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程[S]
[3]GB 50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]