余德冕等

摘 要：文章介紹了一種新型的空間鋼網(wǎng)格盒式“筒中筒”混合結(jié)構(gòu)，適用于超高層建筑。新型組合結(jié)構(gòu)體系由鋼-混凝土協(xié)同式空腹夾層板樓蓋和網(wǎng)格式墻架組成外筒，與混凝土核心筒協(xié)同受力，具有較強(qiáng)的空間三維受力特性?？崭箻巧w易實(shí)現(xiàn)大跨度，內(nèi)外筒之間具有廣闊無(wú)柱空間，可以自由劃分建筑平面。網(wǎng)格式墻架使結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度有了很大的提升。文章通過(guò)一擬建工程實(shí)例，從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、結(jié)構(gòu)整體受力等方面介紹了新結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：超高層結(jié)構(gòu)；盒式結(jié)構(gòu)；裝配整體式；鋼網(wǎng)格

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市用地的日益緊張，高層和超高層建筑越來(lái)越多的出現(xiàn)在人們的生活中。鋼框架混凝土核心筒組合結(jié)構(gòu)是我國(guó)目前最常用的超高層結(jié)構(gòu)形式之一，但這種結(jié)構(gòu)形式有著以下幾個(gè)不足：（1）外筒抗側(cè)剛度差，80%的水平荷載由內(nèi)筒承擔(dān)；（2）用鋼量較大，經(jīng)濟(jì)性欠佳；（3）剪力滯后效應(yīng)較為明顯，空間受力性能不佳；（4）施工難度較大，鋼結(jié)構(gòu)焊接時(shí)易發(fā)生火災(zāi)安全隱患。為了克服常規(guī)框筒結(jié)構(gòu)的種種弊端，文章提出了一種新型的空間鋼網(wǎng)格盒式“筒中筒”混合結(jié)構(gòu)，并為這種新結(jié)構(gòu)體系在實(shí)際工程中的應(yīng)用提出相關(guān)建議。

1 新型超高層裝配整體鋼網(wǎng)格盒式“筒中筒”混合結(jié)構(gòu)

1.1 鋼-混凝土協(xié)同式空腹夾層板樓蓋

鋼-混凝土協(xié)同式空腹夾層板體系是一種新型樓蓋體系[1]，由馬克儉院士提出，鋼空腹夾層板由T型鋼上、下肋和鋼管剪力鍵組成。與常規(guī)的正交型鋼密肋井字形樓蓋相比，鋼-混凝土協(xié)同式空腹夾層板為考慮剪切變形的“擬夾芯板”。鋼空腹夾層板在工廠制作成拼裝單元后，施工現(xiàn)場(chǎng)采用高強(qiáng)螺栓在網(wǎng)格節(jié)間中點(diǎn)處連接。拼裝結(jié)束后，在上弦肋焊接抗剪鋼筋，并在上表面澆筑細(xì)石混凝土板，形成鋼-混凝土協(xié)同式組合空腹夾層板樓蓋結(jié)構(gòu)[2]。圖1是鋼-混凝土協(xié)同式空腹夾層板的空間示意圖。

這種新型樓蓋的自重較輕，跨度大，可應(yīng)用于多、高層大柱網(wǎng)及大跨度樓蓋中。貴陽(yáng)的凱賓斯基大酒店樓蓋就采用了鋼-混凝土協(xié)同式空腹夾層板樓蓋，相比普通樓蓋結(jié)構(gòu)自重下降30%，空腹部分可以布置水平管線從而降低了結(jié)構(gòu)層高。新型樓蓋還克服了傳統(tǒng)框架“有墻就有梁”，利用輕質(zhì)隔墻就可以靈活劃分建筑平面。

1.2 裝配整體式鋼網(wǎng)格墻架

1.3 新型鋼網(wǎng)格盒式“筒中筒”混合結(jié)構(gòu)體系

鋼-混凝土協(xié)同式空腹夾層板樓蓋和鋼網(wǎng)格墻組成了盒式結(jié)構(gòu)，從水平和豎向兩個(gè)方向把整體結(jié)構(gòu)劃分為細(xì)小網(wǎng)格。盒式結(jié)構(gòu)作為外筒，和內(nèi)部的混凝土剪力墻內(nèi)筒協(xié)同工作，構(gòu)成了新型超高層裝配整體鋼網(wǎng)格盒式“筒中筒”混合結(jié)構(gòu)。這種新的結(jié)構(gòu)形式外筒具有較強(qiáng)抗側(cè)剛度，無(wú)論是水平方向還是數(shù)值方向受力均勻，構(gòu)件尺寸小，內(nèi)外筒間無(wú)柱空間廣闊。空腹夾層板樓板布置水平管線使結(jié)構(gòu)層高降低。在超高層建筑中使用新結(jié)構(gòu)形式十分具有實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 新型超高層裝配整體鋼網(wǎng)格盒式“筒中筒”混合結(jié)構(gòu)工程概況和性能分析

2.1 擬建工程概況

文章以江蘇鎮(zhèn)江新蘇國(guó)貿(mào)廣場(chǎng)擬建新型超高層裝配整體鋼網(wǎng)格盒式“筒中筒”混合結(jié)構(gòu)工程為例，從結(jié)構(gòu)整體受力特性，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面介紹新結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)。擬建工程為63層商用建筑，結(jié)構(gòu)總高度241.8米，抗震設(shè)防類(lèi)別為乙類(lèi)，設(shè)防烈度為7度（0.15g），設(shè)計(jì)使用年限為50年，工程安全等級(jí)二級(jí)，場(chǎng)地類(lèi)別Ⅱ類(lèi)，鋼材采用Q345[4]。2.2.1 層間位移角和位移比

用震型分解反應(yīng)譜法對(duì)擬建工程模型進(jìn)行分析，考慮偶然偏心作用，得到結(jié)構(gòu)的層間位移角，x方向最大為1/720；y方向最大為1/810，均小于規(guī)范規(guī)定的1/536。X方向和Y方向的最大位移比均為1.12，均滿(mǎn)足規(guī)范要求，抗扭能力優(yōu)越。

2.2.2 自震周期及動(dòng)力特性

結(jié)構(gòu)以平動(dòng)為主的第一自振周期為4.740s，以扭轉(zhuǎn)為主的第三自振周期為2.635s。二者周期比為0.56，小于0.85，滿(mǎn)足規(guī)范的要求[5]。表明結(jié)構(gòu)的平面布置十分合理。

2.2.3 風(fēng)振舒適度

在10年一遇風(fēng)載作用下，結(jié)構(gòu)X向，順風(fēng)向頂點(diǎn)最大加速度為0.060m/s2，橫風(fēng)向頂點(diǎn)最大加速度為0.111m/s2；對(duì)于結(jié)構(gòu)Y向，順風(fēng)向頂點(diǎn)最大加速度為0.059m/s2，橫風(fēng)向頂點(diǎn)最大加速度為0.108m/s2。均滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定。

2.2.4 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

表2為主要材料的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表，本擬建工程的結(jié)構(gòu)總用鋼量為114kg/m2，混凝土折算厚度為318.9mm/m2。低于常規(guī)結(jié)構(gòu)體系，新結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)勢(shì)還有施工的周期較短，混凝土構(gòu)件施工可以與鋼結(jié)構(gòu)裝配同時(shí)進(jìn)行，進(jìn)一步降低施工費(fèi)用。

3 結(jié)束語(yǔ)

3.1 新型超高層裝配整體鋼網(wǎng)格盒式“筒中筒”混合結(jié)構(gòu)的構(gòu)件小，受力均勻，空間性強(qiáng)，抗震性能佳。

3.2 新結(jié)構(gòu)形式可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)無(wú)梁無(wú)柱，易于建筑設(shè)計(jì)自由劃分空間。協(xié)同式空腹夾層板樓蓋中空部分可以布置管線，樓層結(jié)構(gòu)高度小，對(duì)超高層建筑十分有意義。

3.3 新結(jié)構(gòu)形式大部分構(gòu)件采用裝配整體式工藝，工廠制作，現(xiàn)場(chǎng)裝配，構(gòu)件單元尺寸較小利于運(yùn)輸裝吊，施工現(xiàn)場(chǎng)采用高強(qiáng)度螺栓連接，避免了火災(zāi)隱患，提高了施工文明程度。

3.4 新結(jié)構(gòu)形式的經(jīng)濟(jì)性能佳，用鋼量少于常規(guī)框筒結(jié)構(gòu)，施工方便，速度快，也減少了施工費(fèi)用和臺(tái)班費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)

[1]馬克儉，張華剛，鄭濤.新型建筑空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)理論與實(shí)踐[M].北京：人民交通出版社，2006.

[2]張華剛，黃勇，馬克儉.鋼空腹夾層板在建筑樓蓋改造中的應(yīng)用[J].貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，32（4）：83～87.

[3]Kejian Ma，Deng Peng，Shijie Qin，Super High-rise Building （H =266m）of New Concrete Core Tube and Assembly Integral Spatial Steel Grid Cassette Tube in Tube Hybrid Structure Research and Design，Applied Mechanics and Materials，Vols.204-208，2012，p 1179-1188.

[4]GB50017-2003.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

[5]JGJ3-2010.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

作者簡(jiǎn)介：余德冕（1989-），男，浙江溫州人，碩士研究生，主要從事高層與超高層盒式結(jié)構(gòu)的研究。