浙江汉林建筑设计有限公司 浙江杭州 310003
摘要：针对某高层钢结构住宅对钢管束混凝土剪力墙结构、钢管束混凝土剪力墙+混凝土核心筒结构两种结构体系进行对比，采用PKPM分别进行结构计算，从计算结果性能指标、单位面积用钢量、施工可行性三个方面的分析和比较。钢管束混凝土剪力墙结构具有施工速度快，符合现行国家装配式产业政策，具有很好的社会经济效益。
关键词：钢管束剪力墙 钢管束剪力墙+混凝土核心筒
一、工程概况
某高层钢结构住宅位于河北省望都县，建筑面积9223.32m2，地下2层，地上25层，建筑高度72.70m。
二、结构设计条件
本工程建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.1g，设计地震分组为第一组（Tg=0.65s）。建筑结构的安全等级为二级，结构设计使用年限为50年。出于选择经济合理设计方案的需要，结构设计分别采用钢管束混凝土剪力墙结构、钢管束混凝土剪力墙+混凝土核心筒结构两种方案（详见图1~图2）进行分析和比较，并对用钢量进行统计。
图2 结构布置方案二（钢管束混凝土剪力墙+核心筒）
三、结构体系及布置
3.1结构布置及主要构件规格
3.1.1钢管束混凝土剪力墙结构（方案一）
钢管束混凝土剪力墙布置时应遵循均匀、分散、对称和周边的原则，剪力墙沿房屋纵横两个方向布置，在满足位移限值、刚重比等条件尽可能少布墙。本工程结构计算指标由X向风荷载下刚重比控制，在荷载条件不变的前提下，需加大结构抗侧刚度满足刚重比满足相关规范要求，提高结构抗侧刚度一般可通过增加剪力墙数量或增加钢梁高度来实现，其中增加剪力墙数量效果更为明显，本工程图2中轴交轴、轴交轴、轴交轴、轴交轴处设置钢管束剪力墙是为了满足刚重比要求。
3.1.2钢管束混凝土剪力墙+混凝土核心筒结构布置（方案二）
混凝土剪力墙由于自身刚度较大，混凝土剪力墙的数量应使结构具有足够的侧向刚度。由于本工程仅楼、电梯间处可以布置混凝土剪力墙，核心筒的偏置造成结构上部刚度大，下部刚度小，为了保证结构刚心、质心的偏心率尽可能小，混凝土核心筒的刚度不宜过大，即混凝土剪力墙的数量不宜过多，同时混凝土剪力墙之间连梁截面高度不宜太大，结构整体受力满足结构在地震作用及风荷载作用下侧向变形的要求即可，同时应尽量使结构在两个方向的动力特性相近。
由于混凝土核心筒能够提供足够大的抗侧刚度，钢管束剪力墙可以适当少布置，与方案一相比图2中轴交轴、轴交轴、轴交轴、轴交轴处可不设置钢管束剪力墙。
3.1.3主要构件规格
方案一：柱墙采用钢管束混凝土剪力墙（局部采用矩形钢管混凝土柱），钢管束规格主要规格为130x200x4.0、150x200x4.0，钢材强度Q345B，钢管束内混凝土强度等级C40；梁采用焊接H型钢梁，楼板采用钢筋桁架混凝土楼板，主要楼板厚度110mm，钢筋桁架型号ATD3-80。
方案二：楼电梯间处柱墙采用混凝土剪力墙外，其余均钢管束混凝土剪力墙（局部采用矩形钢管混凝土柱），混凝土核心筒墙厚300mm，钢管束规格主要规格为130x200x4.0、150x200x4.0，钢材强度Q345B，钢管束内混凝土强度等级C40（地下及地面以上三层采用C50）；楼电梯间处梁采用混凝土梁，其余均焊接H型钢梁；楼电梯间处楼板采用现浇板，其余采用钢筋桁架混凝土楼板，楼板厚度及钢筋桁架规格同方案一。
3.2计算结果分析
本工程采用PKPM对两种结构体系分别进行设计，其主要计算指标如下：
（1）单位面积质量：方案二中楼电梯间采用混凝土核心筒及混凝土梁，其余布置基本相同，其单面面积质量比方案一稍大。
（2）刚重比：方案一：结构刚重比EJd/GH2大于1.4,能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算，需考虑重力二阶效应。方案二：结构刚重比EJd/GH2大于1.0,能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算，需考虑重力二阶效应。
（3）位移角：方案一：位移角限值取值如下，地震作用下不大于1/350，风荷载不大于1/400；方案二：钢管束混凝土剪力墙+混凝土核心筒结构位移角限值参照《高层建筑混凝土结构设计规程》取为1/800。
3.3用钢量
经估算，钢管束混凝土剪力墙结构体系比钢管束混凝土剪力墙+混凝土核心筒结构体系的主体结构用钢量约高25%。
3.4施工可行性
钢管束混凝土剪力墙结构将钢结构与混凝土结构有效结合起来，充分发挥混凝土剪力墙的建筑布局灵活、钢结构制作工业化程度高的优势，施工阶段不需要模板及脚手架，现场交叉作业少，施工速度快；钢管混凝土束剪力墙与钢梁通过螺栓与焊缝组合连接，连接质量可靠，施工简单。钢管束混凝土剪力墙+混凝土核心筒结构需考虑钢结构与混凝土核心筒的施工顺序，为了提高施工速度，一般将钢框架部分先于混凝土核心筒进行施工，在设计时需要在剪力墙内设置钢柱，并在剪力墙中设置型钢梁与两端钢柱相连，在施工阶段形成稳定的结构体系。
4、结论
本文结合高层钢结构住宅，从技术经济指标及可实施性等方面对钢管混凝土束剪力墙结构体系以及钢钢管束混凝土剪力墙+混凝土核心筒结构体系进行分析比较，得到以下结论：
（1）钢管混凝土束剪力墙可根据建筑功能变化调整墙体位置，建筑适用性好，在相同承载力的情况下，墙体厚度比混凝土剪力墙薄。
（2）钢管混凝土束剪力墙结构用钢量能与钢管束混凝土剪力墙+混凝土核心筒结构相比，单位面积用钢量增加25%。
（3）钢管束混凝土剪力墙结构，在制作加工方面工业化程度高，在施工安装方面现场湿作业少，施工速度快，提高工业化水平，复核当前住宅产业化的发展方向。
参考文献:
[1]《钢结构设计标准》，GB 50017-2017
[2]钢管束组合剪力墙变形性能研究及有限元分析[J].?陈志华,姜玉挺,张晓萌,杨强跃,李文斌,胡立黎,李杰.??振动与冲击.?2017(19)?
[3]钢框架-混凝土核心筒结构体系在高层钢结构住宅中的应用[J].?阮新伟,郭中华,田仲伟.??建筑技术.?2016(12)?
论文作者:汪小鹏
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/3
标签：混凝土论文; 钢管论文; 剪力墙论文; 结构论文; 核心论文; 刚度论文; 方案论文; 《防护工程》2018年第35期论文;