組合結(jié)構(gòu)柱在甘肅省超高層和高層建筑中的應(yīng)用研究

李玉山 李強(qiáng) 楊杰 齊欣

（1甘肅建總置業(yè)發(fā)展有限公司，甘肅 蘭州 730050；2甘肅建投科技研發(fā)有限公司，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

現(xiàn)代超高層建筑、高層建筑發(fā)展迅速。根據(jù)世界高層建筑與城市人居協(xié)會(huì)（CTBUH）統(tǒng)計(jì)資料，2020年全球最高的20棟超高層建筑中，中國(guó)有11棟，這標(biāo)志著我國(guó)成為超高層建筑第一大國(guó)[1]，我國(guó)目前高度排名前四的超高層建筑如圖1所示。截止2018年底，我國(guó)高度250m以上的超高層建筑中，采用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的比例占98.4%，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)成為了超高層建筑的重要結(jié)構(gòu)形式[2]。

圖1 我國(guó)的超高層建筑

目前，關(guān)于鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究成果較為豐富。汪大綏等[3]針對(duì)框架-核心筒結(jié)構(gòu)、巨型柱框架-核心筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)等鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)體系，結(jié)合國(guó)內(nèi)工程實(shí)例進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對(duì)其設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了討論。崔華[4]以天津某鋼-混凝土超高層建筑為例，對(duì)其在多遇、設(shè)防和罕遇地震下的抗震性能及風(fēng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行分析。張勇[5]結(jié)合某超高層建筑，通過(guò)采用兩種不同形式的組合柱設(shè)計(jì)，對(duì)比分析了在不同組合柱設(shè)計(jì)情況下建筑的抗震性能及其經(jīng)濟(jì)性，給出了同類超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的外框柱截面選型建議。陳星等[6]對(duì)排鋼管鋼板混凝土剪力墻等8種新型組合構(gòu)件及大跨度新型鋼-混凝土組合拱架結(jié)構(gòu)等5種新型混合結(jié)構(gòu)體系在廣東省高層建筑中的應(yīng)用情況進(jìn)行了歸納總結(jié)。

甘肅省地處西北，是“一帶一路”重要節(jié)點(diǎn)。近年來(lái)，甘肅省建筑業(yè)發(fā)展迅速，根據(jù)甘肅省2019年發(fā)展年鑒數(shù)據(jù)，甘肅省截至2018年底房屋建筑施工面積達(dá)10099.99萬(wàn)平方米，在這些施工的建筑中，鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)有著廣泛應(yīng)用。本文以甘肅省為例，對(duì)組合結(jié)構(gòu)柱在甘肅省超高層和高層建筑中的應(yīng)用情況進(jìn)行分析，探討組合結(jié)構(gòu)柱在甘肅省未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 組合結(jié)構(gòu)柱的特點(diǎn)

組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件指由型鋼、鋼管或鋼板與鋼筋混凝土組合，能整體受力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件[7]。組合結(jié)構(gòu)柱按截面構(gòu)成主要分為鋼管混凝土柱（CFST）和型鋼混凝土柱（SRC）兩類，其截面示意如表1所示。

表1 組合結(jié)構(gòu)柱截面示意

鋼管混凝土柱通過(guò)在鋼管中填充混凝土，基于外鋼管對(duì)核心混凝土形成約束作用，使得核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而具有較高的承載能力，組合的方式充分發(fā)揮了兩種材料優(yōu)勢(shì)，同時(shí)彌補(bǔ)了各自的缺點(diǎn)。此外，鋼管混凝土還具有塑性和韌性好、施工方便、耐火性能好、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)，天津高銀金融117大廈、北京中信大廈（中國(guó)尊），廣州周大福金融中心等超高層建筑都采用了該類組合柱。

型鋼混凝土柱通過(guò)混凝土對(duì)型鋼進(jìn)行包覆，形成內(nèi)置型鋼與外包混凝土共同受力的組合柱形式，其承載能力高于普通型鋼柱與鋼筋混凝土的簡(jiǎn)單疊加，由于內(nèi)置型鋼的存在，柱的抗震性能得到了改善。型鋼混凝土柱在上海中心大廈、深圳平安國(guó)際金融大廈、大連綠地中心等超高層建筑中被采用。

2 組合結(jié)構(gòu)柱在甘肅省超高層建筑中的應(yīng)用

2.1 蘭州盛達(dá)金城廣場(chǎng)

蘭州盛達(dá)金城廣場(chǎng)位于蘭州市城關(guān)區(qū)天水路，是集辦公、酒店等功能為一體的商業(yè)綜合體。項(xiàng)目A塔樓高165.50m，39層；B塔樓高205.70m，51層；地上建筑面積173595.15m2；A塔樓10層及25層為避難層，B塔樓10層、25層及40層為避難層；裙樓為9層，1～9層將A、B塔樓連為一個(gè)整體。該建筑結(jié)構(gòu)類型為鋼管混凝土外框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，組合柱類型為圓鋼管混凝土柱。伸臂桁架位于塔樓25層及40層，呈“十字形”布置，通過(guò)伸臂桁架將外圍框架柱與剪力墻核心筒聯(lián)系起來(lái)，從而有效增大結(jié)構(gòu)整體剛度，減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的側(cè)向變形。項(xiàng)目效果圖及實(shí)體展示如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目效果圖及實(shí)體展示

2.2 眾邦國(guó)貿(mào)中心

眾邦國(guó)貿(mào)中心位于蘭州市安寧區(qū)銀灘路，是集5A寫字樓和超五星酒店于一體的地標(biāo)性超高層城市綜合體，建筑總高度239.275m，總建筑面積161696.85m2，地下3層，地上48層。項(xiàng)目為一類超高層建筑，結(jié)構(gòu)形式為型鋼混凝土框架-鋼筋混凝土雙核心筒結(jié)構(gòu)，組合柱形式為型鋼混凝土柱，鋼柱類型包括“十”字型和“H”型兩種，屋頂鋼構(gòu)采用了箱型鋼柱，型鋼牌號(hào)Q345C。項(xiàng)目效果圖及實(shí)體展示如圖3所示。

圖3 項(xiàng)目效果圖及實(shí)體展示

3 組合結(jié)構(gòu)柱在甘肅省高層建筑中的應(yīng)用

3.1 蘭州新區(qū)10萬(wàn)m2裝配式鋼結(jié)構(gòu)保障房

蘭州新區(qū)10萬(wàn)m2裝配式鋼結(jié)構(gòu)保障房項(xiàng)目位于蘭州新區(qū)，是目前西北最大的裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅工程，占地面積84.306畝，總建筑面積101316m2，由10棟住宅樓及附屬地下車庫(kù)、臨街商鋪組成，其中，1#、2#、3#、4#、5#、8#、10#樓地上結(jié)構(gòu)采用鋼管混凝土柱+鋼梁框架結(jié)構(gòu)，柱截面為方鋼管混凝土柱，方鋼管混凝土柱與H型鋼梁采用隔板貫通節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接。表2給出了項(xiàng)目的有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，圖4為項(xiàng)目模型及實(shí)體展示。

表2 項(xiàng)目有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)

圖4 項(xiàng)目模型及實(shí)體展示

3.2 甘肅建投地產(chǎn)?百酈灣項(xiàng)目二期酒店辦公樓

甘肅建投地產(chǎn)?百酈灣項(xiàng)目二期酒店辦公樓位于蘭州市七里河區(qū)深安大橋西南角，總建筑面積79868.20m2，其中地上建筑面積58336.90m2，地下建筑面21531.30m2，結(jié)構(gòu)形式為型鋼混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)。項(xiàng)目建筑高度99.80m，共計(jì)25層，其中地下兩層，地上25層，地下兩層為人防工程及停車場(chǎng)，地上1-5層為酒店，6-25層為辦公樓。項(xiàng)目采用型鋼混凝土柱，應(yīng)用了“十”字型鋼柱和“H”型鋼柱兩種形式，其中，“十”字型鋼柱從地下二層到地上十二層，地下室單節(jié)最大重量24.654t，最大長(zhǎng)度12.05m，地上單節(jié)最大重量5.08t，最大長(zhǎng)度5.7m，材質(zhì)為Q390級(jí)；“H”型鋼柱從地下二層到地上二十層，地下室負(fù)二層至負(fù)一層頂部分層對(duì)接，單節(jié)最大重量5.7t，最大長(zhǎng)度12.05m，地上單節(jié)最大重量4.273t，最大長(zhǎng)度5.7m，材質(zhì)為Q390級(jí)。項(xiàng)目效果、模型及實(shí)體展示如圖5所示。

圖5 項(xiàng)目效果圖、模型及實(shí)體展示

4 發(fā)展趨勢(shì)分析

除上述實(shí)例外，本文還收集了近十年來(lái)甘肅省建設(shè)的部分超高層及高層建筑，如表3所示。結(jié)合上文實(shí)例及表3可以得出，甘肅省建設(shè)的超高層建筑基本都采用了組合結(jié)構(gòu)框架+核心筒的結(jié)構(gòu)形式，其框架柱類型也都為組合結(jié)構(gòu)柱。甘肅省未來(lái)規(guī)劃建設(shè)的超高層建筑還有許多，如蘭州?環(huán)球港、天水中心項(xiàng)目等，組合結(jié)構(gòu)柱勢(shì)會(huì)在其中得到更廣泛的應(yīng)用。此外，隨著國(guó)家裝配式建筑發(fā)展政策不斷出臺(tái)，裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展勢(shì)頭良好，而鋼管混凝土柱作為裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)柱主要類型，有著良好的應(yīng)用前景。

表3 甘肅省超高層及高層建筑（部分）

5 結(jié)語(yǔ)

組合結(jié)構(gòu)柱通過(guò)將鋼管或型鋼與混凝土進(jìn)行組合，形成可共同受力組合柱構(gòu)件，具有承載能力高等優(yōu)點(diǎn)，在甘肅省建設(shè)的超高層和高層建筑中有著廣泛應(yīng)用，尤其是在超高層建筑中。本文所列舉的甘肅省近十年來(lái)建設(shè)的超高層建筑幾乎都用到了組合結(jié)構(gòu)柱，也顯示出組合結(jié)構(gòu)柱在甘肅省未來(lái)的超高層建筑建設(shè)中被采用的趨勢(shì)。對(duì)于高層建筑而言，不論是公共建筑還是住宅建筑，組合結(jié)構(gòu)柱可發(fā)揮出較多的優(yōu)勢(shì)，雖然現(xiàn)階段鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)仍然占高層建筑結(jié)構(gòu)類型的主要部分，但未來(lái)隨著裝配式建筑的發(fā)展，高層建筑中對(duì)于鋼管混凝土柱的應(yīng)用必然會(huì)增多，甚至?xí)狡胀ㄤ摻罨炷林蔀橹髁鞯慕Y(jié)構(gòu)柱類型。