高烈度且強風下裝配式高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

張 玉

（合肥工業(yè)大學設(shè)計院（集團）有限公司，安徽 合肥 230000）

1 鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀以及優(yōu)勢

高層鋼結(jié)構(gòu)目前在國外應用得較為廣泛，在中國還處于初步發(fā)展階段，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，高層鋼結(jié)構(gòu)住宅和酒店的數(shù)量逐漸增多，鋼結(jié)構(gòu)建筑具有顯著的特征，其裝配率較高，并且易于改造，在此基礎(chǔ)上還符合環(huán)保和可回收的實際要求，可以滿足當今社會建筑行業(yè)發(fā)展的基本要求，因此高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展?jié)摿薮螅?]。如果拿高層鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行比較，我們可以明顯看出前者的優(yōu)勢，利用裝配式高層鋼結(jié)構(gòu)，可以在一定程度上提升生活空間。

2 工程概況

上述已經(jīng)提到了裝配式鋼結(jié)構(gòu)的顯著優(yōu)勢，其優(yōu)勢在高烈度且強風的施工環(huán)境下更為明顯，本文將以某沿海城市的高層建筑施工為例，重點分析裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，以便為今后的高層建筑施工提供有效參考。某工程位于某沿海城市，共分為兩個單體，一個是酒店塔樓高度為67.6米，另一個是裙房高度為30.75米。塔樓共設(shè)有15層，地下室有三層，塔樓柱網(wǎng)最大為9.6*33.4米（該項目設(shè)計基本信息見表1）。

表1 設(shè)計基本信息

3 設(shè)計要點

3.1 結(jié)構(gòu)布置

圖1 酒店項目結(jié)構(gòu)標準層設(shè)計圖

以該酒店項目為例，酒店塔樓屬于高層建筑，鋼框架+鋼支撐作為該項目的主體結(jié)構(gòu)體系，該酒店項目塔樓地上結(jié)構(gòu)主要利用的是H型鋼梁，以矩形鋼管作為鋼支撐。塔樓鋼柱截面采用鋼管混凝土柱，這種鋼柱設(shè)計具有承載能力強和節(jié)省鋼材使用量的特點。參照相關(guān)規(guī)定，框架支撐結(jié)構(gòu)如果處于8度區(qū)，當建筑結(jié)構(gòu)高度不超過100米時，鋼柱和鋼支撐抗震級別按照一級抗震等級考慮，而鋼梁抗震級別可按照二級抗震等級考慮。該酒店項目的結(jié)構(gòu)標準層設(shè)計圖如下圖1所示，結(jié)合以往經(jīng)驗我們可以發(fā)現(xiàn)，通體采用鋼支撐，其延展性能更好。

3.2 裝配式連接節(jié)點

在高烈度且強風的環(huán)境下，裝配式建筑的技術(shù)難點在于要滿足不利環(huán)境下的裝配式結(jié)構(gòu)，采用鋼架框支撐體系可以滿足相關(guān)方面的需求，通過這樣的結(jié)構(gòu)可以具有足夠的抵抗強風和地震的能力［2]。但是值得注意的是，由于鋼結(jié)構(gòu)是屬于天然裝配式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件都是提前在工廠加工完成后再在現(xiàn)場進行節(jié)點連接，從而實現(xiàn)整個過程的安裝。

結(jié)合以往施工的經(jīng)驗，裝配式連接的種類有很多，節(jié)點類型多樣，但是無論采用什么類型的節(jié)點，都必須嚴格控制現(xiàn)場安裝質(zhì)量，借助高強螺栓完成連接，要盡可能避免在施工現(xiàn)場進行施焊，但具體的施工方案，還是要結(jié)合實際情況而定。因為高烈度地區(qū)的構(gòu)件截面比較大，因此單純依靠高強螺栓難度較大，關(guān)于強節(jié)點弱構(gòu)件的具體要求可以參照如下公式：Mu≥ηjMP其中Mu為極限承載力；η代表連接系數(shù)；MP為梁的受彎承載力。由上述公式我們可以推測出，在實際施工環(huán)節(jié)連接承載力要遠大于構(gòu)件承載力，大約是它的1.3-1.45倍。因此，如果勉強使用高強螺栓作為連接點，那么需要用到的螺栓數(shù)量會增多，給現(xiàn)場安裝帶來不便。結(jié)合現(xiàn)場施工的實際情況，關(guān)于該酒店項目的節(jié)點施工還是應該采用栓焊節(jié)點的方法，這樣更能滿足高強度和風力較強環(huán)境下的裝配式施工的實際需求，確保整體建筑的質(zhì)量。栓焊節(jié)點施工具有安裝方便的顯著優(yōu)勢，可靠性能高，并且借助加蓋板還可以規(guī)范施工要求，達到 “強節(jié)點弱桿件”的目的。

3.3 結(jié)構(gòu)整體分析

針對該酒店項目的結(jié)構(gòu)計算，主要是通過設(shè)計軟件PKPM來實現(xiàn)，通過科學有效的建模，對結(jié)構(gòu)整體進行分析，并在此基礎(chǔ)上借助SETWE掌握風荷載工況和地震工況，得出構(gòu)件內(nèi)力數(shù)據(jù)以及水平變形。在進行結(jié)構(gòu)整體分析時，需要綜合考慮各項潛在因素，例如：剛性樓板假定、偶然偏心等，參照相關(guān)的技術(shù)規(guī)程，周期折減系數(shù)統(tǒng)一按照0.9來計算。通過比對分析可以發(fā)現(xiàn)，最終的結(jié)構(gòu)位移比可以確定為1.14，這個數(shù)值可以滿足位移比不超過1.2的要求，該酒店項目的結(jié)構(gòu)平面布置較為科學合理，對抗震有利。

4 結(jié)語

裝配式鋼結(jié)構(gòu)施工目前在高層建筑中應用較為廣泛，由于裝配式結(jié)構(gòu)具有超強的穩(wěn)定性以及滿足節(jié)能和環(huán)保的實際需求，因此發(fā)展前景十分廣闊。在這樣的背景下，相關(guān)技術(shù)人員要結(jié)合實際的施工情況，運用先進的技術(shù)和手段，從各個層面不斷優(yōu)化設(shè)計方案，提升整體建筑質(zhì)量。