鋼管混凝土柱在帝豪廣場四星級(jí)酒店項(xiàng)目中的應(yīng)用

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)

1 工程概況

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

2 結(jié)構(gòu)體系選型

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

3 鋼管混凝土柱與混凝土柱的經(jīng)濟(jì)比較

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)。

4 鋼管混凝土梁柱節(jié)點(diǎn):RC環(huán)梁節(jié)點(diǎn)

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。

5 鋼管混凝土的優(yōu)化探討

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)

6 結(jié)論

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]