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廣州遠洋公寓鋼結構設計特點論文
摘要：本文論述廣州市第一棟高層鋼結構的設計特 點，并著重介紹了高層鋼——混凝土混合結構在設計及建造中應注意和解決的問題。
關鍵詞：混合結構 結構設計 鋼框架
一. 概 況
廣州遠洋公寓大廈是遠洋賓館新建的一棟兼汽車庫、辦公公寓為一體的高層建筑。地上30層，地下3層，建筑面積20000M2，總高度為103m，標準層層高3.20m,地上1~10層為可以停放200輛汽車的立體汽車庫， 11層以上為公寓，頂部有餐飲及娛樂設施。建筑外形與二十年前建造的遠洋賓館互相呼應成為一體。
由于遠洋公寓大廈建地窄小，地處交通要道，混凝土結構施工很不方便。同時，為了提高建筑面積的使用率，增強抗震性能，加快建造周期，由開始的混凝土結構方案改為鋼框架——鋼筋混凝土剪力墻方案。按照這個方案已于2000年底封頂，成為廣州市第一棟高層鋼結構，也是國內迄今最高的鋼結構住宅建筑。
二. 結構方案的選取
1. 鋼框架——鋼筋混凝土剪力墻混合結構。由于原來是鋼筋混凝土結構，保留了鋼筋混凝土剪力墻，這種結構形式的優(yōu)點是較全鋼結構造價低，樓電梯的墻既是承載又是分割墻；缺點是施工復雜，尤其是由于本工程的建筑平面特點混凝土墻不能先于鋼結構施工，影響鋼結構的進度。本文第三節(jié)將說明解決途徑。
在原混凝土結構的結構布局條件下，利用鋼結構大柱網(wǎng)的特點，將1、3、4軸上的四排柱改為三排柱，1/4軸上僅保留G軸上一個柱，減少了柱子，減小了柱截面，發(fā)揮了鋼結構的優(yōu)勢，為租售樓創(chuàng)造了有利的條件。
2. 鋼框架——支撐體系的純鋼結構方案：這個方案也可以較好地滿足建筑平面的要求。結構優(yōu)點是自重輕、地震作用小、減小了鋼——混凝土剪力墻結構平面的剛度偏心影響，有較好的延性。缺點是較鋼——混凝土混合結構造價高。經(jīng)過竣工后的實際比較，為了使鋼——混凝土混合結構施工合理，采用本文第三節(jié)方案后，實際用鋼量與純鋼結構已相差很少。
三. 鋼骨混凝土剪力墻的采用：
1. 為什么本工程中采用鋼骨混凝土剪力墻：
1) 合理的施工流水作業(yè)，加快工期。本工程建筑平面中剪力墻未形成獨立的筒形結構，不可能先行施工，國內很多鋼——混凝土混合結構是筒中筒結構，筒體可以先于鋼結構6~10層澆注混凝土墻體，而后安裝鋼結構。如果本工程采用一般混凝土剪力墻，鋼結構與墻各層需同步施工，必然影響鋼結構的進度，失去了鋼結構快的優(yōu)勢。因此，本工程在混凝土剪力墻中設置鋼柱梁及斜撐，組成臨時穩(wěn)定的結構，與鋼框架同時安裝形成整體框架——支撐結構，安裝之后逐層澆注鋼筋混凝土墻。這樣安裝鋼結構與混凝土作業(yè)分別進行，相互沒有影響。
2) 鋼——混凝土混合結構在施工中由于鋼梁的安裝誤差與混凝土墻的施工誤差相差近十倍，由于混凝土墻的偏斜經(jīng)常發(fā)生鋼梁很難就位的情況。在本工程中于墻內設置鋼骨后，與鋼梁連接的預埋件和墻內鋼骨柱相連，可以控制鋼結構誤差之內使鋼梁準確的就位，不會再發(fā)生鋼梁難安裝的問題。
3) 本工程十層以下為停車庫，由于需滿足200輛車位，面積很緊張，按照車輛布局要求，1軸剪力墻不可能上下貫通，需結構作局部轉換，上部墻內的鋼骨在下部形成鋼骨混凝土柱作為支承構件之一，較好的滿足上下轉換結構的要求。
4） 鋼骨的設置使鋼骨混凝土剪力墻提高了承載能力及延性。經(jīng)計算，增加鋼骨柱可以減小混凝土截面及豎向鋼筋，提高墻體抗壓彎的承載能力。
2．鋼骨混凝土剪力墻的構造及施工：
鋼骨設置于墻端及轉角處，在外接鋼框架梁處挑出鋼牛腿并連接預埋件，上邊再焊接連接板與鋼框架梁腹板用高強度螺栓相連。
由于墻內鋼骨柱及梁較小，作為臨時支撐結構，在該狀態(tài)下按6層鋼框架——支撐結構承受風及常規(guī)荷載計算，可以滿足側向位移限值要求。因此，在施工時要求安裝鋼結構與澆注灌混凝土相差不得超過6層。
實踐證明，在施工中設鋼骨混凝土墻做法達到了預期效果。由于墻內設置鋼骨，用鋼骨增加約15kg/M2 。
四．結構分析及鋼結構設計：
1．結構分析：
本工程為一般鋼——混凝土混合結構，設有很特殊之處，使用了SATWE及美國ETABS軟件計算分析，風荷載取值：基本風壓0.5km/M2,風載系數(shù)1.4，由于周邊高層建筑較多，風荷按增大1.3倍計算，地震設防為7度，Ⅱ類場地上，地震作用各系數(shù)按混凝土結構取值。
經(jīng)計算結構主要特征如下：
結構自振周期；Tx=2.95秒 Ty=3.13秒
風載作用下結構側向位移：
2. 鋼結構設計
1）鋼構件：地下一層框架柱、梁為鋼骨混凝土結構，其中鋼骨與一層柱截面相同，鋼框架柱為焊接箱型截面，梁為焊接H型截面，停車庫夾層次結構均為焊接H型鋼梁柱。最大鋼柱為□550Χ550Χ25，由于層荷載較大，最大梁截面為H600Χ250Χ12Χ25, 柱、梁采用的最厚鋼板為25mm, 剪力墻厚度：地下三層至十一層為600mm,十二層至二十四層為500mm，二十四層以上為 400mm�；炷翗颂柗謩e為C40，C35，C30。樓板為壓型鋼板作模板上澆鋼筋混凝土。
2）鋼材全部采用國產(chǎn)鋼材，框架柱梁用Q345B 級，次梁及次要構件可用Q235B級。
3）節(jié)點連接形式：考慮制作及現(xiàn)場施工簡便，采用簡易常用的連接方式。柱梁剛接時，翼緣剖口焊、腹板用高強螺栓連接；鉸接時，腹板用高強螺栓與柱連接。墻內鋼骨柱與主梁連接均為鉸接。
4）設計用鋼量：主框架為1480t , 墻內鋼骨為310t，平均用鋼量：主框架結構70.5kg/M2墻內鋼骨為14.7kg/M2
五. 小 議
1．工程為一般高層建筑結構，結構計算分析方面設有明顯的特點。由于建筑平面決定，剪力墻較強，因此基本上是由剪力墻承受水平力。結構的變形性能有明顯的剪力墻結構特點。鋼框架主要承受垂直荷載。不起擔負第二道防線的作用。因此，設計中保證剪力墻的較好抗震性能是非常重要。
2．建筑高寬比為6，正好為限值，層面積較小，剪力墻偏心，平面及豎向的形狀對抗震不利，如果采用純鋼結構的鋼框架——支撐體系對加強抗震性能更為有利。
3．本工程相對于結構計算分析來說，結構的構造、連接節(jié)點、焊接質量及材料的選取更為重要。是保證結構安全、施工質量進度的重要環(huán)節(jié)。本工程在設計中對這些方面給予了充分的重視，均采取了相應的措施。
4．鋼框架部分采用大柱網(wǎng)，構件數(shù)量較少，標準層僅有9根柱。對于窄小的施工現(xiàn)場，減少構件吊次可以提高安裝效率。
5． 鋼——混凝土混合結構中使用鋼骨混凝土剪力墻或是在混凝土墻中放構造鋼骨（不參與受力計算）。對鋼 ——混凝土混合結構的施工，提高承載能力，加強延性都是有利的。
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