江蘇新長江(雅閣)國際酒店A塔樓高層混合結(jié)構(gòu)體系特性分析

繆秦

(江陰市城市建設(shè)有限公司，江蘇 江陰 214400)

1 工程概況

本項目“江蘇新長江(雅閣)國際酒店”為大型公建項目，位于江蘇省江陰市，五星路北側(cè)、普惠路東側(cè)，東鄰五星公園。項目規(guī)劃總用地78 303.56 m2，規(guī)劃總建筑面積335 725m2，其中地上總建筑面積234 900m2，容積率3.0。

項目由五星級酒店、甲級寫字樓、商場、步行商業(yè)街、住宅、項目配套設(shè)施等組成。

本單體建筑為江蘇新長江(雅閣)國際酒店項目的酒店A塔樓，高度為179.85m，地上建筑面積70 806m2。圖1所示為項目整體效果圖。

結(jié)構(gòu)形式擬采用鋼管混凝土框架+鋼筋混凝土核心筒的結(jié)構(gòu)形式；地下共3層，主樓與裙房的地下部分連為一體，地下1、2層用作設(shè)備用房、地下停車庫，地下3層為人防，設(shè)五級、六級兩類人防。地下室底板頂標高為-15.30m，抗浮設(shè)計水位為室外地坪標高下0.50m。地下建筑面積58 840m2。

A塔樓地上43層，突出屋面機房層1層，首層層高7.5m，標準層高為3.5m。在16、30層設(shè)置了避難層，避難層層高4.9m。塔樓在地面以上用防震縫與裙房完全分開，結(jié)構(gòu)設(shè)計以地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位。

圖1 項目效果圖

2 結(jié)構(gòu)形式

A塔樓高179.85m，采用鋼管混凝土框架+鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，整體高寬比為4.3，核心筒高寬比為10。符合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[1]中表11.1.2混合結(jié)構(gòu)高層建筑適用的最大高度及表11.1.3混合結(jié)構(gòu)高層建筑適用的最大高寬比的要求。

外圍框架由鋼管混凝土柱和H型鋼梁組成，鋼梁與柱剛性連接。外圍框架與鋼筋混凝土核心筒之間的樓面鋼梁采用組合梁，兩端節(jié)點采用鉸接連接。其優(yōu)點在于能夠有效減小樓面梁的截面高度且連接簡便，有利于減小外框架鋼管混凝土柱和核心鋼筋混凝土筒之間由于豎向差異變形產(chǎn)生的附加內(nèi)力，參考文獻[2]對此種結(jié)構(gòu)體系也有所介紹。

外圍框架與鋼筋混凝土核心筒之間的樓蓋采用壓型鋼板(閉口型)現(xiàn)澆混凝土組合樓板。在鋼筋混凝土核心筒內(nèi)，考慮設(shè)備留洞及電梯井道的影響，采用鋼筋混凝土樓板。設(shè)備層(兼做避難層)的樓板及頂板全部采用鋼筋混凝土樓板，并適當增加樓板厚度和加強樓板配筋，以滿足承載力、隔振和隔聲等要求。

3 高層混合結(jié)構(gòu)特點

現(xiàn)結(jié)合江蘇新長江(雅閣)國際酒店中的A塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計資料詳細剖析高層混合結(jié)構(gòu)相比其他結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)缺點。

3.1 抗側(cè)移剛度、延性

鋼結(jié)構(gòu)具有強度高、延性好等優(yōu)點，但是他的側(cè)移剛度小，在風荷載和地震荷載作用下側(cè)向變形較大，二階效應(yīng)明顯，為了滿足側(cè)向變形要求，鋼結(jié)構(gòu)中往往會增加支撐，設(shè)計及施工均較為復(fù)雜。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度較大，有利于抵抗水平作用下的側(cè)向變形，但是其延性較小，在大震下關(guān)鍵構(gòu)件容易破壞，影響結(jié)構(gòu)安全；同時，其自重也較大，帶來的基礎(chǔ)設(shè)計也較為浪費。對于柱子采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)能明顯減小柱截面的混合結(jié)構(gòu)而言，性能介于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)二者之間，有較好的抗側(cè)移剛度，且延性較好；同時樓面梁采用鋼梁能夠進一步減輕結(jié)構(gòu)自重，鋼筋混凝土核心筒為主抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，如此形成的鋼管混凝土框架+鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)具有多道抗震設(shè)防體系，對結(jié)構(gòu)抗震非常有利。

3.2 用鋼量

高層混合結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土核心筒抵抗水平力，比采用帶支撐的純鋼框架體系用鋼量省，從而造價也低。相比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混合結(jié)構(gòu)用鋼量有所增加。

3.3 耐久性和耐火性

鋼結(jié)構(gòu)容易銹蝕，要定期進行油漆與防護，增加了日常維護工作量與費用。鋼結(jié)構(gòu)在持續(xù)的高溫下容易軟化甚至熔化，危及結(jié)構(gòu)的安全。高層混合結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土筒體承受部分豎向荷載和大部分水平作用，對結(jié)構(gòu)的耐久性與耐火性較為有利。特別是采用鋼管混凝土框架時，對結(jié)構(gòu)的耐火性和耐久性十分有利。

3.4 施工速度快

高層混合結(jié)構(gòu)通常先施工鋼筋混凝土核心筒體，后施工鋼管混凝土框架，使二者之間保持幾層或十幾層的差距。鋼筋混凝土核心筒通常采用滑模施工，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件通常在工廠制作，運至現(xiàn)場安裝，而且可以進行立體化施工。施工速度比全現(xiàn)澆的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)速度快很多。

3.5 自重輕

一般高層鋼結(jié)構(gòu)柱的截面面積占總建筑面積的3%，高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)墻和柱的截面面積占總建筑面積的7%～9%。高層混合結(jié)構(gòu)墻和柱的截面面積占總建筑面積的百分率介于上述二者之間。因此，采用高層混合結(jié)構(gòu)相比高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可增加建筑的有效使用面積。此外，鋼材雖然單位體積的重量比混凝土大，但是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面面積比混凝土構(gòu)件小很多，因此，高層混合結(jié)構(gòu)的自重比高層混凝土結(jié)構(gòu)的輕，有利于節(jié)約材料，有利于結(jié)構(gòu)抗震。

4 高層混合結(jié)構(gòu)需要注意的問題

4.1 豎向變形問題

和其他高層建筑結(jié)構(gòu)一樣，高層混合結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下，各豎向構(gòu)件都將產(chǎn)生豎向變形。由于各豎向構(gòu)件受力的大小不同，各豎向構(gòu)件的豎向變形大小也各不相同。各豎向構(gòu)件之間的豎向變形差將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力重分布。結(jié)構(gòu)是逐層施工，結(jié)構(gòu)自重也是逐層施加于結(jié)構(gòu)上，而且在樓面找平過程中可能將變形部分的抵消，使結(jié)構(gòu)的實際內(nèi)力與一次加載時的內(nèi)力有一定差別。

與純鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不同的是，高層混合結(jié)構(gòu)是由鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)組合而成，鋼材無收縮徐變，混凝土會發(fā)生收縮和徐變。由于混凝土的收縮和徐變，將使高層混合結(jié)構(gòu)各豎向構(gòu)件的豎向變形差加大。由于混凝土的收縮和徐變的存在，即使沒有荷載作用，結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生內(nèi)力與變形。研究表明，由于混凝土的收縮徐變引起的豎向變形差遠大于豎向荷載產(chǎn)生的豎向變形差。

因此，高層混合結(jié)構(gòu)豎向變形差的影響問題比其他結(jié)構(gòu)更為重要。

4.2 外框架與核心筒的協(xié)調(diào)工作問題

鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)的延性好、剛度小，混凝土筒體剛度大，但延性差，二者的自振周期與振型相差很大，要使他們能夠協(xié)同工作，才能充分發(fā)揮它們的作用。保證鋼管混凝土框架與混凝土筒體協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)構(gòu)件是樓面梁和樓面板。樓面梁和樓面板與柱和墻的連接為剛性連接時，結(jié)構(gòu)的整體性好。樓面梁和樓面板與柱和墻的連接為半剛性連接或鉸接時，結(jié)構(gòu)的整體性較差。樓面梁和樓面板與柱和墻的連接節(jié)點的剛性對結(jié)構(gòu)的受力影響有多大，如何才能使框架和核心筒協(xié)同工作是值得探討的問題。

本項目中的A塔樓結(jié)構(gòu)的樓面梁與柱和墻采用鉸接連接，在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中對此問題做了詳細分析。

5 結(jié)語

本文首先對江蘇新長江(雅閣)國際酒店中的A塔進行了詳細介紹，對結(jié)構(gòu)設(shè)計的一些特點進行了概括分析。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)以往的工程經(jīng)驗對高層混合結(jié)構(gòu)相比純鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點進行了對比，對比發(fā)現(xiàn)，高層混合結(jié)構(gòu)綜合了鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土二者的優(yōu)點，是一種非常可靠有效的高層建筑結(jié)構(gòu)體系。但是，高層混合結(jié)構(gòu)也有他的缺點，如豎向變形差較大，框架與筒體的協(xié)調(diào)工作問題等，本文做了相應(yīng)闡述，望以后的研究者能夠加以重視，并做專門研究。

[1]JGJ3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[2]傅學怡.實用高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].第2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010.