童公明

廈門晉博建筑科技有限公司（361000）

關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

童公明

廈門晉博建筑科技有限公司（361000）

結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢和特點，根據(jù)實際工程實例，詳細(xì)分析了鋼結(jié)構(gòu)在該大型建筑中的應(yīng)用，提出鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的各部分設(shè)計要點，旨在能為類似大型建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考借鑒。

建筑工程；鋼結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計

鋼結(jié)構(gòu)因其強(qiáng)度高、自重輕、塑性與韌性好、施工速度快、環(huán)保效果好、設(shè)計靈活、滿足大跨度設(shè)計需求等一系列特有的優(yōu)勢，已成為建筑業(yè)經(jīng)常使用的設(shè)計方式。在實際工程建設(shè)中，鋼結(jié)構(gòu)建筑的確顯示了其不可替代的作用,方便了人們的生產(chǎn)生活,并創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，因此必須重視鋼結(jié)構(gòu)建筑的建設(shè)，推動鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展。

1 工程概況

某大型商業(yè)建筑分A1、A2、A3區(qū)塊。A1、A2區(qū)塊地面上部為5層商場，下設(shè)2層地下室，為設(shè)備用房和停車庫，設(shè)置6個核6級平戰(zhàn)結(jié)合人防單元。A3區(qū)塊地上部由1幢5層商場和4幢20層科研辦公樓組成，地下2層，為設(shè)備機(jī)房及汽車庫。本工程抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計地震分組為第1組，地震加速度值為0.05 g。

這里以A1、A2區(qū)塊為例,對鋼結(jié)構(gòu)體系在大型商業(yè)建筑中的應(yīng)用及優(yōu)勢作探討。

2 結(jié)構(gòu)選型

2.1 上部結(jié)構(gòu)

A1、A2區(qū)塊地面上部為大型商業(yè)樓，規(guī)劃限高24 m，根據(jù)商業(yè)業(yè)態(tài)的使用要求，室內(nèi)凈高必須達(dá)3.8 m，柱跨度主要為9 m×9 m。該工程如采用常規(guī)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，扣除梁高、設(shè)備管線高度后，要滿足凈高3.8 m的要求則只能建造4層。若設(shè)計中鋼筋混凝土梁采用預(yù)應(yīng)力技術(shù),雖可適當(dāng)減小梁高,但建造5層仍比較勉強(qiáng)，而且這種方案對施工技術(shù)要求相對較高，施工周期也長。為滿足使用要求，設(shè)計中經(jīng)與開發(fā)商溝通后,在A1、A2區(qū)塊的建筑決定采用鋼結(jié)構(gòu)體系。采用鋼結(jié)構(gòu)后，梁高大大減小，建5層也可滿足凈高3.8 m的要求。鋼結(jié)構(gòu)以熱SLH型鋼作為框架梁及次梁,框架柱采用方鋼管混凝土柱。樓面板采用自承式鋼桁架混凝土樓板。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用燒結(jié)頁巖磚及干掛石材。A1、A2區(qū)塊上部結(jié)構(gòu)各層通過3個連廊連接，連廊自成結(jié)構(gòu)體系，與主體結(jié)構(gòu)之間以伸縮縫脫開，以消除結(jié)構(gòu)由于溫度變化引起的伸縮變形影響。

2.2 地下室

地下室設(shè)為2層，A1、A2區(qū)塊地下室連成整體。為盡量減少該工程的挖土方量，減小整體所受的浮力，降低造價，該工程采用了無梁樓蓋設(shè)計體系。本地下室為超長超大地下室，平面尺寸約317.8 m×144 m。為了使用方便，地下室采取無縫設(shè)計，并在設(shè)計時針對無縫情況采用了相應(yīng)措施以消除溫度及混凝土收縮的不利影響,控制工程裂縫的產(chǎn)生。采取的主要措施有設(shè)置施工后澆帶、計算溫度應(yīng)力、調(diào)整側(cè)墻及頂?shù)装迮?、調(diào)整混凝土級配、在混凝土中摻加微膨脹劑及抗裂纖維、加強(qiáng)施工養(yǎng)護(hù)等。

2.3 基礎(chǔ)

根據(jù)A1、A2區(qū)塊的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)工程特點及場地的實際情況，采用鉆孔灌注鉆樁，樁兼作抗拔及承壓作用，樁長約為35 m，以中風(fēng)化粉砂巖為樁端持力層。

3 鋼結(jié)構(gòu)體系設(shè)計

3.1 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計原則及平面布置

根據(jù)我國現(xiàn)行抗震設(shè)計規(guī)范[1]和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[2]的要求，鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)應(yīng)遵循強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)節(jié)點弱構(gòu)件的設(shè)計原則。本工程框架梁及次梁采用熱軋H型鋼,框架梁主要采用Q345BH450×200×8×14型鋼,次梁主要采用Q345BH450×110/150×8×8。為有效節(jié)約鋼材，減少柱截面尺寸，降低造價，提高耐火性能，框架柱采用方鋼管混凝土柱。其中鋼管柱主要采用Q345BH550×550×14鋼管，混凝土采用C40高強(qiáng)混凝土。平面布置時為避免因單向布置次梁而形成縱向或橫向承重結(jié)構(gòu)體系，次梁隔一柱網(wǎng)垂直布置，使得框架結(jié)構(gòu)盡量形成雙向承重結(jié)構(gòu)體系，并使雙向鋼框架梁受力均衡。

3.2 連接方式

框架結(jié)構(gòu)中框架梁與方鋼管柱之間采用鋼性連接。一般可采用3種連接方式:螺栓連接、焊接和栓焊混合連接。為保證節(jié)點連接強(qiáng)度和施工質(zhì)量。本工程采用螺栓連接，見圖1。框架主梁和次梁之間采用鉸接，見圖2。

圖1 螺栓連接

圖2 鉸接

3.3 樓板結(jié)構(gòu)

樓板結(jié)構(gòu)由鋼梁和樓面板組合而成，必須保證樓板結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度、剛度和整體穩(wěn)定性。鋼梁和樓面板緊密聯(lián)系、共同作用。本工程采用自承式壓型鋼板——鋼筋桁架現(xiàn)澆混凝土組合樓板，板厚100 mm。壓型鋼板采用0.5 mm厚鍍鋅鋼板，鋼筋桁架中上下弦采用冷軋鋼筋CRB550級，腹板鋼筋采用冷軋光圓鋼筋550級，樓板混凝土采用C40。壓型鋼板通過栓釘固定在鋼梁上。

3.4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的受力特點，圍護(hù)墻體應(yīng)盡量減小自重，滿足圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身強(qiáng)度高、保溫隔熱性能好、安裝方便可靠以及耐久性、經(jīng)濟(jì)性好等要求。本工程室內(nèi)隔墻采用加氣混凝土砌塊，外墻因為有干掛石材的要求，采用燒結(jié)頁巖空心砌塊。

4 鋼結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點

與大型商業(yè)建筑中使用傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)體系具有明顯的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用方面的綜合效益。

4.1 保證建筑物室內(nèi)凈高要求，提高土地利用率

由于鋼材在強(qiáng)度方面具有鋼筋混凝土無法相比的優(yōu)勢，梁柱構(gòu)件尺寸明顯小于鋼筋混凝土的梁柱尺寸，這使得商場空間利用率大大提高。例如，該工程商業(yè)部分規(guī)劃限高24 m，使用要求凈高不小于3.8 m，如果采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，只能建造4層，使用鋼結(jié)構(gòu)由于梁高降低后，能建5層，有效地提高了土地使用效益，也提高了開發(fā)商的綜合經(jīng)濟(jì)效益。鋼柱截面采用550×550的方鋼管混凝土柱，相比普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采用700×700的方柱，也增加了實際使用面積。

4.2 提高結(jié)構(gòu)抗震性能

鋼結(jié)構(gòu)材料由于具有較高的強(qiáng)度、良好的延性和自重較輕等特點，所以鋼結(jié)構(gòu)具有較長的自振周期、良好的抗震性能。大型商業(yè)建筑作為人員密集場所，抗震分類等級及抗震構(gòu)造要求較高，使用鋼結(jié)構(gòu)后有效地提高了地震發(fā)生時的安全儲備。

4.3 自重輕，施工便捷，綜合效益佳

鋼材結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)比，強(qiáng)度高、自重輕，同時由于采用了輕質(zhì)墻體材料，降低了建筑物的層高,所以大幅度降低了建筑物的總體重量，使得工程的基礎(chǔ)造價大幅度地降低。又由于施工不受氣候、季節(jié)等因素影響，可進(jìn)行工廠化加工安裝，保證了施工質(zhì)量。施工時可進(jìn)行立體交叉作業(yè)，無需支模，極大地提高了勞動生產(chǎn)率，縮短了施工周期，節(jié)約了大量的人工費用，產(chǎn)生較高的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

4.4 設(shè)備管線布置靈活方便

一般鋼結(jié)構(gòu)樓面鋼梁為H型鋼，在滿足構(gòu)件受力要求的前提下，允許在腹板上穿孔，為設(shè)備管線的合理布置提供了非常便利的條件。該工程大量設(shè)備管線就是通過腹板穿洞布置的。

4.5 綠色環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展要求

鋼結(jié)構(gòu)在施工安裝時可減少對環(huán)境的影響、污染，在建筑物拆除時可減少建筑垃圾，材料可以回收再利用，因此，使用鋼結(jié)構(gòu)符合綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的要求。

5 結(jié)語

針對大型商業(yè)建筑跨度較大、凈高要求較高、人流較密集等特點，鋼結(jié)構(gòu)以其自重輕、抗震性能好、構(gòu)件截面小、有效提高建筑物凈高和有效使用面積、設(shè)備管線布置靈活、施工周期快、質(zhì)量好以及綠色環(huán)保等特點，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會效益，具有很好的推廣應(yīng)用價值。

[1]GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB 50017-2003,銅結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].