吳 寧 （恒天安徽建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，安徽 合肥 230001）

1 建筑概況

建筑項(xiàng)目在上海市長寧區(qū)，地上部分4.5萬 m，包含2.5萬m的教學(xué)樓一棟、2.0萬m的宿舍樓一棟；地下部分1.2萬 m，總面積共計(jì) 5.7 萬 m。地上三層以內(nèi)都是大底盤裙房，首層裙房設(shè)計(jì)為6m層高，二、三層裙房設(shè)計(jì)均為4.5m層高；上部兩個(gè)塔樓，一個(gè)用作教學(xué)樓，一個(gè)用作宿舍樓，二者共用同一大底盤，與下部裙房連為一體。單體北側(cè)是13層的教學(xué)樓，自四層起均設(shè)計(jì)為4.2m層高，塔樓高60m；南側(cè)是15層宿舍樓，四層設(shè)計(jì)為4.2m層高；自五層起均設(shè)計(jì)為3.6m層高，高度同樣為60m。頂部一層設(shè)計(jì)為連體形式，與主體一側(cè)剛接，與主體另一側(cè)滑動(dòng)連接。上部結(jié)構(gòu)均以地下室頂板為嵌固端。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案比選

因不允許將“結(jié)構(gòu)縫”隔出的單體當(dāng)成獨(dú)立單體，在計(jì)算該工程預(yù)制率時(shí)，整個(gè)上部結(jié)構(gòu)需要被當(dāng)成一個(gè)整體，對(duì)單體預(yù)制率的要求是，至少為40%。其抗震設(shè)防烈度要求為7度，場(chǎng)地類別IV類，地震分組設(shè)為第一組，0.9s的特征周期。三種結(jié)構(gòu)方案分別為：方案1，鋼結(jié)構(gòu)；方案2，PC預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)；方案3，鋼結(jié)構(gòu)+PC預(yù)制混凝土組合結(jié)構(gòu)。

2.1 鋼結(jié)構(gòu)

方案1的鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)為鋼框架-中心支撐方式，其抗震等級(jí)是三級(jí)，周期折減系數(shù)為0.9?？蚣苤捎?00mm×30mm～500mm×16mm的矩形管；鋼支撐采用 300mm×500mm×20mm～300mm×300mm×16mm的矩形管；框架梁則采用HN650×300mm～HN400×200mm。結(jié)構(gòu)用鋼量在96kg/m左右。表1列出的結(jié)構(gòu)模型指標(biāo)，均與規(guī)范要求相符。

鋼結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo) 表1

計(jì)算其單體預(yù)制率時(shí)，所得結(jié)果見表2，因合計(jì)值超過40%，故符合規(guī)范要求。

2.2 PC預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)

方案2的PC預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)為裝配整體式框架-現(xiàn)澆剪力墻，整體三級(jí)抗震，剪力墻二級(jí)抗震，0.8的周期折減系數(shù)。其框架梁截面是400mm×800mm～250mm×500mm；其框架柱截 面 是 500mm×500mm～800mm×800mm；其剪力墻250mm厚；樓板用的是140mm厚鋼筋桁架疊合板，其中預(yù)制60mm，其余80mm現(xiàn)澆。方案2結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)見表3，全部與規(guī)范要求相符。

地上部分的塔樓構(gòu)件中所有板、梁、女兒墻及樓梯均為預(yù)制件，地上三層內(nèi)框架柱為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，四層及以上方為預(yù)制件。計(jì)算混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)制率時(shí)，可采用以下公式：

單體預(yù)制率=預(yù)制體積/（現(xiàn)澆體積＋預(yù)制體積）×100%

方案2中求得的混凝土結(jié)構(gòu)單體預(yù)制率經(jīng)為40.2%，符合規(guī)范要求。

鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制率 表2

PC預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo) 表3

2.3 鋼結(jié)構(gòu)+PC預(yù)制混凝土組合結(jié)構(gòu)

方案3的組合結(jié)構(gòu)中，將教學(xué)樓設(shè)計(jì)為鋼結(jié)構(gòu)，宿舍樓設(shè)計(jì)為PC預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，構(gòu)件截面分別與前兩種方案的尺寸一致。宿舍樓上部結(jié)構(gòu)當(dāng)中各構(gòu)件的現(xiàn)澆、預(yù)制方式與方案2保持一致。針對(duì)宿舍樓部分，求取的單體預(yù)制率是38.5%，而教學(xué)樓部分的單體預(yù)制率是45.6%，按面積進(jìn)行加權(quán)平均后最終求得的單體預(yù)制率是42.1%。

3 方案分析

3種結(jié)構(gòu)方案中，在地震與風(fēng)荷載影響下，結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的層間位移比與位移角，以及周期比等指標(biāo)均與規(guī)范要求相符，對(duì)其裝配式設(shè)計(jì)內(nèi)容加以比較，可知其預(yù)制率均可滿足要求，具體見表4。

三種方案分析結(jié)果 表4

方案1：由于鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)已經(jīng)成熟，不需設(shè)置大量支撐，僅對(duì)建筑空間存在局部影響，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)需求能獲得基本滿足。構(gòu)件生產(chǎn)已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，產(chǎn)能十分充足，無需與廠家預(yù)約，施工周期不長，進(jìn)度完全受控，對(duì)周邊居民不會(huì)產(chǎn)生明顯的噪音或污染影響。

方案2：因需要布置大量剪力墻方能實(shí)現(xiàn)對(duì)周期、位移等指標(biāo)的控制，嚴(yán)重影響空間布局。混凝土構(gòu)件的預(yù)制包括大量深化工作，其產(chǎn)能滿足不了市場(chǎng)需求，往往需提前與廠家預(yù)約，工期太長，進(jìn)度難以掌控，其污染、噪音影響均不容忽視，且其施工水準(zhǔn)現(xiàn)階段相對(duì)滯后，易出現(xiàn)外墻漏水之類質(zhì)量隱患。

方案3中，其優(yōu)缺點(diǎn)均在方案1、2之間，對(duì)于超限高層建筑而言，兩棟連體塔樓的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性應(yīng)該盡量保持一致，方符合抗震要求，若結(jié)構(gòu)形式迥異，其動(dòng)力特性相差大，會(huì)通不過超限審查；另外，其單體預(yù)制率如何計(jì)算，尚無定論，本文所用計(jì)算方法需有關(guān)部門審批，故不建議采用此方案。

通過綜合分析可知，方案1的材料造價(jià)較方案2要高，但好在質(zhì)量小，可節(jié)省部分造價(jià)；且鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)十分規(guī)范，在空間布置方面也很靈活，施工速度快，預(yù)制率也高，體現(xiàn)出最佳的綜合性能，因此最終選用方案1。

4 結(jié)語

建筑產(chǎn)業(yè)在全面推進(jìn)綠色建筑的同時(shí)，其發(fā)展要求已無法靠傳統(tǒng)建筑體系來實(shí)現(xiàn)，日后的發(fā)展趨勢(shì)中，裝配式建筑將成為主流。文中以裝配式建筑為重點(diǎn)，研究了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的選型，發(fā)現(xiàn)在裝配式建筑的設(shè)計(jì)和施工領(lǐng)域內(nèi)，鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)較明顯，且對(duì)于一些細(xì)部技術(shù)，譬如大跨度、高位連體等的難點(diǎn)解決十分有利，可將溝通相關(guān)部門的成本節(jié)省下來，使項(xiàng)目后期的整體進(jìn)度處于可控狀態(tài)，具有廣泛的發(fā)展前景，是裝配式高層建筑結(jié)構(gòu)形式的首選。鋼結(jié)構(gòu)的不足之處，在于其造價(jià)及后期所需維護(hù)費(fèi)與預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)相比，會(huì)高一些，若項(xiàng)目的預(yù)制率要求較低，或結(jié)構(gòu)類型并不復(fù)雜，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案最好還是用PC混凝土，并應(yīng)對(duì)施工工藝加以關(guān)注，盡量消除質(zhì)量隱患。在研究項(xiàng)目時(shí)，仍有部分不足，在結(jié)構(gòu)形式采用鋼結(jié)構(gòu)+PC混凝土的組合方式時(shí)，以建筑面積加權(quán)平均的方法對(duì)其單體預(yù)制率做了簡化計(jì)算，但缺乏規(guī)范性支持，在日后的研究中，對(duì)結(jié)構(gòu)形式不一樣的連體建筑，計(jì)算其單體預(yù)制率的具體方法仍有待優(yōu)化。