某鋼管混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)復(fù)核

賈 紹 雷

(深圳市國(guó)騰建筑設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司，上海 200336)

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某鋼管混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)復(fù)核

賈 紹 雷

(深圳市國(guó)騰建筑設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司，上海 200336)

分別采用盈建科建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件及Excel結(jié)構(gòu)計(jì)算表格，對(duì)處于施工圖設(shè)計(jì)階段的某鋼管混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)復(fù)核，并對(duì)部分鋼梁截面尺寸及核心筒墻肢配筋進(jìn)行了調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)安全性及經(jīng)濟(jì)性的雙重目標(biāo)。

鋼管混凝土，框架—核心筒結(jié)構(gòu)，鋼梁，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有承載力高，自重輕，抗震性能好，施工簡(jiǎn)捷，施工效率高等優(yōu)點(diǎn)，在高層及超高層建筑中應(yīng)用比例越來(lái)越高，尤其是當(dāng)外框架柱為圓柱時(shí)，結(jié)構(gòu)工程師更傾向于采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。以上海市某高層商業(yè)辦公樓為例，從結(jié)構(gòu)安全及成本管控的角度對(duì)該鋼管混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)復(fù)核工作。

1 項(xiàng)目概況

本工程位于上海市普陀區(qū)，總高94.0 m，地上建筑面積為45 427 m2，主要功能為辦公。地上為21層，標(biāo)準(zhǔn)層層高4.3 m，地下整體為3層，局部地下4層，其中地上3層帶部分裙房，功能為商業(yè)。主體結(jié)構(gòu)采用了鋼管混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系，項(xiàng)目處于施工圖設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)單位為上海天華建筑設(shè)計(jì)有限公司，受業(yè)主委托，對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)核工作，設(shè)計(jì)復(fù)核包含了從設(shè)計(jì)荷載取值到結(jié)構(gòu)計(jì)算分析及施工圖復(fù)核等全面的設(shè)計(jì)把控工作。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.0。抗震設(shè)防烈度為7度，基本地震加速度為0.1g,設(shè)計(jì)地震分組為第二組；場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅳ類(lèi)，特征周期為0.9 s[1]，結(jié)構(gòu)阻尼比取0.04，結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)為0.88[2]?；撅L(fēng)壓為0.55 kPa,地面粗糙度按C類(lèi)，風(fēng)載體型系數(shù)取1.4。地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。塔樓高度不超過(guò)130 m，按文獻(xiàn)[3]11.1.4條，鋼管混凝土框架及混凝土核心筒抗震等級(jí)均為二級(jí)，鋼框架梁為三級(jí)。依據(jù)文獻(xiàn)[4]3.4.3條，項(xiàng)目屬于抗震超限結(jié)構(gòu)，地下1層至裙房3層標(biāo)高范圍內(nèi)的核心筒及鋼管混凝土柱抗震等級(jí)提高到一級(jí)。

2 結(jié)構(gòu)體系及布置

1)采用了鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系，水平周邊框架采用鋼框架梁，樓板采用壓型鋼板組合樓板，裙房采用鋼框架結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)平面呈不規(guī)則切角菱形狀，詳見(jiàn)圖1，核心筒向南側(cè)偏置，塔樓在西側(cè)外立面沿豎向逐層收進(jìn)，五根鋼管混凝土柱采用了斜柱形式來(lái)配合建筑造型的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也形成地上

21層無(wú)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層的特點(diǎn)。南側(cè)大堂有四根框架柱在地上3層標(biāo)高范圍內(nèi)無(wú)框架梁拉結(jié)，框架柱無(wú)側(cè)向支撐長(zhǎng)度為16.6 m，屬躍層柱，北側(cè)外排框架柱距離核心筒在16 m左右，因而北側(cè)在走道位置增加一排框架柱，建筑周圈均設(shè)置懸挑鋼梁，并通過(guò)懸挑鋼次梁與幕墻進(jìn)行連接。

2)考慮到裙房面積較小，同時(shí)樓層僅有3層，裙房與塔樓連在一起，不分縫。

3)鋼管混凝土柱直徑為1 000 mm，壁厚為20 mm，核心筒墻肢底部最厚為800 mm，頂部最薄墻肢為250 mm，周邊鋼框架梁截面受建筑平面不規(guī)則影響，采用三種類(lèi)型用以調(diào)整結(jié)構(gòu)的整體剛度，分別為H900×300×16×28 mm,H900×500×20×35 mm，H1 000×500×28×40 mm；與內(nèi)框架柱相連接的水平鋼框架梁為H550×200×9×14 mm。裙房的鋼柱為箱形鋼柱，以保證雙向受力性能。

4)框架柱及核心筒混凝土強(qiáng)度等級(jí)由底部樓層的C60過(guò)渡到頂層的C30，樓板及核心筒內(nèi)部的混凝土梁強(qiáng)度等級(jí)為C30，鋼材強(qiáng)度等級(jí)為Q345B。

3 整體結(jié)構(gòu)分析

塔樓辦公區(qū)恒荷載取值為1.6 kPa,活荷載取值為3.0 kPa。計(jì)算表明結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)滿足規(guī)范要求，同時(shí)結(jié)構(gòu)在Y方向地震作用下層間位移角接近限值1/800，結(jié)構(gòu)Y向包含4道不開(kāi)洞的長(zhǎng)肢剪力墻，墻肢長(zhǎng)度均超過(guò)文獻(xiàn)[3]7.1.2條墻段長(zhǎng)度不宜大于8 m的要求，可知現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的鋼管混凝土柱、周邊鋼框架梁、內(nèi)部鋼框架梁及核心筒墻肢截面尺寸處于最優(yōu)狀態(tài)。

罕遇地震作用下的pushover分析結(jié)果表明，躍層柱沒(méi)有出現(xiàn)塑性鉸，未達(dá)到屈服狀態(tài)，鋼管混凝土柱的延性性能非常好。

4 鋼梁截面及核心筒配筋復(fù)核

4.1 鋼次梁

結(jié)合YJK結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件結(jié)果及Excel表格對(duì)水平鋼次梁構(gòu)件進(jìn)行了復(fù)核，對(duì)部分鋼次梁截面進(jìn)行了調(diào)整及起拱建議。

1)塔樓北側(cè)典型層鋼次梁跨度在13.5 m左右，最大13.8 m，承擔(dān)的荷載面寬度為2.8 m左右，最大寬度3.0 m，次梁截面為H550×200×9×14 mm。經(jīng)驗(yàn)算，使用階段組合鋼梁的撓度超過(guò)限值，需要按文獻(xiàn)[5]3.5.3條要求起拱,起拱值為50 mm，從而滿足規(guī)范對(duì)使用階段撓度的要求。

2)塔樓南側(cè)鋼次梁跨度在6.5 m左右，承擔(dān)的荷載面寬度為3.0 m，次梁截面為H300×150×6×9 mm。經(jīng)計(jì)算，施工階段鋼梁穩(wěn)定應(yīng)力超限值，使用階段組合鋼梁的撓度接近或超過(guò)限值，討論后確定采用增加截面的形式，截面調(diào)整為H350×175×7×11 mm,避免在施工過(guò)程中增加臨時(shí)支撐產(chǎn)生額外的措施費(fèi)，同時(shí)可提高鋼結(jié)構(gòu)施工效率。

4.2 周邊懸挑次梁

與幕墻連接的懸挑次梁典型截面均采用了H500×200×9×14 mm，如圖2所示，次梁跨度最大為9 m，次梁分擔(dān)的荷載面寬度為0.6 m。端部鋼梁無(wú)法按照壓型鋼板組合樓板驗(yàn)算，應(yīng)按普通的鋼梁計(jì)算強(qiáng)度及穩(wěn)定性。次梁承擔(dān)的荷載分兩部分：承擔(dān)0.6 m寬壓型鋼板自重，附加恒荷載(1.6 kPa)及活荷載4.0 kPa，承擔(dān)幕墻立面荷載(1.5 kPa)，經(jīng)計(jì)算，鋼次梁截面可以減小為H400×200×7×11 mm，每米長(zhǎng)鋼梁質(zhì)量減少20 kg。此時(shí)，鋼梁的應(yīng)力比在0.76，永久荷載和活荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的撓度為27 mm，撓跨比為1/333<1/250，滿足文獻(xiàn)[5]對(duì)強(qiáng)度和剛度的要求。

4.3 弧形懸挑鋼梁

建筑的東北角外側(cè)為跨度較大的弧形懸挑鋼次梁，采用兩根H800×300×14×26 mm的懸挑框架梁支撐該鋼次梁，如圖3所示。鋼次梁截面為H500×200×9×14 mm,沿弧線方向的跨度為11.5 m，壓型鋼板排布方向?yàn)樗较?，弧形鋼梁為主受力?gòu)件?；⌒武摿盒璋雌胀ㄤ摿涸O(shè)計(jì)，經(jīng)計(jì)算，弧形鋼梁的強(qiáng)度及剛度均難以滿足規(guī)范要求，同時(shí)考慮到弧形鋼梁受力復(fù)雜，最終將弧形鋼梁截面調(diào)整為H550×200×10×16 mm。

4.4 節(jié)點(diǎn)做法

1)設(shè)計(jì)圖紙中部分鋼次梁與懸挑主梁采用了剛接的做法，見(jiàn)圖4，與圖2中采用鉸接的做法不一致，4.2節(jié)計(jì)算表明，采用鉸接做法的鋼梁滿足規(guī)范要求，同時(shí)該撓度值在幕墻專(zhuān)業(yè)允許范圍內(nèi)，因而將所有的剛接做法均調(diào)整為鉸接做法，既方便了施工，同時(shí)也減少了現(xiàn)場(chǎng)鋼梁翼緣的焊接工作量，提高施工效率。

2)將裙房部分水平鋼次梁由剛接做法調(diào)整為鉸接做法，如圖5所示。壓型鋼板鋪設(shè)方向?yàn)檠刎Q向，懸挑端跨的懸挑荷載均由懸挑框架梁承擔(dān)即可，水平鋼次梁受力較小。改為鉸接后，復(fù)核豎向最外端剛接的弧形鋼次梁H400×200×7×11 mm，偏保守的按其承擔(dān)荷載面寬度為2 m，幕墻立面荷載1.5 kPa，層高5.3 m，板厚150 mm，弧形鋼次梁跨度6.0 m，得到鋼梁的應(yīng)力比在0.84，永久荷載和活荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的撓度為12 mm，撓跨比為1/500<1/250，滿足文獻(xiàn)[5]對(duì)強(qiáng)度和剛度的要求。

4.5 核心筒墻肢配筋

1)本工程屬于抗震超限審查項(xiàng)目，底部加強(qiáng)部位墻肢抗震等級(jí)提高為一級(jí)，按文獻(xiàn)[3]7.2.15條要求，約束邊緣構(gòu)件箍筋沿豎向間距不宜大于100 mm，而按7.2.16條，構(gòu)造邊緣構(gòu)件在底部加強(qiáng)部位箍筋沿豎向間距要求為100 mm。本項(xiàng)目需要嚴(yán)控制底部加強(qiáng)部位邊緣構(gòu)件箍筋間距，經(jīng)與設(shè)計(jì)單位討論，將圖紙中箍筋間距為150 mm的約束邊緣構(gòu)件及構(gòu)造邊緣構(gòu)件調(diào)整為箍筋沿豎向間距100 mm，同時(shí)依據(jù)體積配箍率要求，對(duì)約束邊緣構(gòu)件箍筋直徑相應(yīng)調(diào)整。

2)依據(jù)計(jì)算書(shū)及規(guī)范要求，對(duì)部分墻肢的水平分布鋼筋直徑及間距進(jìn)行了調(diào)整。計(jì)算結(jié)果顯示，大部分墻體水平分布鋼筋為構(gòu)造配筋，剪力墻為二級(jí)時(shí)墻體水平分布筋配筋率為0.25%，調(diào)整前后的墻體水平分布鋼筋對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 墻體水平分布鋼筋對(duì)比

4.6 裙房樓板厚度

結(jié)合裙房L2層，L3層結(jié)構(gòu)平面布置，開(kāi)洞的位置，開(kāi)洞大小，開(kāi)洞后有效樓板寬度等因素，建議將L2層及L3層樓板在除開(kāi)洞周邊外將樓板厚度由150 mm減薄為120 mm，經(jīng)與設(shè)計(jì)單位溝通后，審圖中心建議將樓板均做150 mm厚，以確保水平地震力的有效傳遞，與計(jì)算的剛性樓板假定一致，因而不對(duì)厚度進(jìn)行調(diào)整。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)圖紙的復(fù)核，構(gòu)件截面的計(jì)算分析等工作，優(yōu)化了鋼結(jié)構(gòu)的截面尺寸、節(jié)點(diǎn)做法及核心筒墻肢的配筋，實(shí)現(xiàn)了業(yè)主對(duì)項(xiàng)目要求既保證結(jié)構(gòu)安全性又滿足經(jīng)濟(jì)性的復(fù)核目標(biāo)。

[1] DG J08—9—2013,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

[2] 普陀區(qū)長(zhǎng)壽社區(qū)D5-6地塊商辦樓結(jié)構(gòu)超限報(bào)告[R].

[3] JGJ 3—2010,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[4] GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] GB 50017—2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Design review of a concrete-filled steel tubular frame corewall structure

Jia Shaolei

(ShenzhenGuotengArchitecturalDesignConsultingLimitedCompany,Shenzhen518000,China)

A concrete-filled steel tubular frame corewall structure which was at construction design stage has been reviewed and checked for its safety and economical efficiency by YJK structure software and Excel. Mainly some steel beam member’s section and the reinforcement of the corewall were adjusted, and finally reach the goal of structural safety control and cost control.

concrete-filled steel tubular, frame corewall structure, steel beam, structure design

1009-6825(2017)14-0025-03

2017-03-02

賈紹雷(1983- )，男，碩士，工程師

TU318

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