李章雷 張琳 劉松雪

中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300200

1 工程概況

天津某食品多層冷庫位于天津市渤龍湖開發(fā)區(qū)風(fēng)光大道以南，工程總用地面積約4萬m2。項(xiàng)目包含生產(chǎn)車間、冷庫、宿舍以及生產(chǎn)配套建筑。其中冷庫建筑面積5萬m2，建筑高度19.2m，整個(gè)建筑共設(shè)置4道防震縫兼溫度縫。主體結(jié)構(gòu)地上3層，首層6.5m，二層6.5m，三層6.2m，結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)8.5mx8.5m。建筑效果圖、建筑首層平面布置圖分別見圖1～2。

圖1 建筑效果圖

圖2 建筑首層平面布置圖

圖3 方案A

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作年限50年，結(jié)構(gòu)安全性等級二級，抗震設(shè)防類別標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，抗震設(shè)防烈度8度（0.2g），設(shè)計(jì)地震分組第二組，場地類別Ⅳ類，特征周期根據(jù)剪切波速和覆蓋層厚度按插值方法確定為0.654s。該地區(qū)風(fēng)荷載0.5kN/m2，雪荷載0.45kN/m2，該工程樓面恒荷載5kN/m2，活荷載25kN/m2,重力荷載代表值中活荷載組合值系數(shù)按0.8取值。

根據(jù)本工程勘察報(bào)告，該場地屬于軟弱土。根據(jù)據(jù)冷庫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對基礎(chǔ)埋置深度的要求，基礎(chǔ)頂標(biāo)高設(shè)計(jì)為-1.5m，項(xiàng)目采用預(yù)制樁基承臺基礎(chǔ)，樁徑600mm，有效樁長約30m，持力層為粉質(zhì)黏土。

2 結(jié)構(gòu)方案比選

結(jié)構(gòu)體系選型主要針對冷庫主體結(jié)構(gòu)。根據(jù)冷庫存儲特點(diǎn)與貨運(yùn)流線要求，在保證生產(chǎn)前提下制定了3種結(jié)構(gòu)方案，各結(jié)構(gòu)體系布置對比如表1所示。方案A為混凝土框架結(jié)構(gòu)方案，方案B為鋼支撐-鋼筋混凝土框架方案，方案C為鋼結(jié)構(gòu)框架方案。

表1 結(jié)構(gòu)方案對比表

2.1 方案A

方案A是常規(guī)的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，為滿足層間位移角控制指標(biāo)，構(gòu)件截面尺寸相對較大，首層和二層框架柱截面達(dá)到1400mmx1400mm。方案A主要構(gòu)件信息如表1所示，柱含鋼率0.8%～1.8%，首層構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級C40，二層柱C35，其它構(gòu)件均為C30。預(yù)制樁2385根，承臺厚度1.2m。

2.2 方案B

方案B為混合結(jié)構(gòu)體系，由鋼支撐+鋼筋混凝土框架構(gòu)成雙重抗側(cè)力體系（見圖4）。方案B的框架布置方案與方案A保持相同，只在適當(dāng)?shù)闹缰g根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016年版）[1]GB 50011-2010（以下簡稱：“抗規(guī)”）設(shè)置了交叉支撐，構(gòu)件信息如表1所示。框架柱截面可以縮小至900mmx900mm，交叉支撐截面箱型500x500x30x30，支撐所在位置對應(yīng)框架柱內(nèi)設(shè)置有型鋼，截面H500x500x30x30，鋼材材質(zhì)Q355B。預(yù)制樁2305根，大部分承臺厚度1.2m，局部支撐框架處，樁數(shù)量密集，承臺厚度要求不小于1.8m，由于樁間距控制要求，此區(qū)域樁基布置困難，需要調(diào)整樁型或者增加樁長方可滿足設(shè)計(jì)需求。

圖4 方案B

圖5 方案C

2.3 方案C

方案C為鋼框架結(jié)構(gòu)體系，方案C的框架布置方案與方案A完全一致，構(gòu)件信息如表1所示?？蚣苤孛婵梢宰龅阶钚橄湫?00x700x25x25，材質(zhì)Q355B。此結(jié)構(gòu)可以充分發(fā)揮鋼構(gòu)件的強(qiáng)度和耗能能力，在最優(yōu)截面尺寸下可以滿足抗規(guī)[1]和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[2]GB 50017-2017對層間位移角的要求。預(yù)制樁1588根，承臺厚度1.2m，設(shè)置外包式鋼柱柱腳。

3 結(jié)構(gòu)方案分析對比

“高烈度、重力荷載代表值大”是本項(xiàng)目橫向荷載的主要特征。因此在進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)方案比選時(shí)，需要同時(shí)追求冷庫運(yùn)行基本要求、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)布置、合理的結(jié)構(gòu)指標(biāo)以及優(yōu)越的抗震性能。

3.1 地震作用下結(jié)構(gòu)主要計(jì)算結(jié)果對比

采用PKPM軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析，在地震作用下對三種結(jié)構(gòu)方案的主要計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比，見表2。

指由表2可得，三種結(jié)構(gòu)方案整體指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。其中方案A的質(zhì)量最重，大約是方案C質(zhì)量的1.33倍，位移角和位移比指標(biāo)接近限制要求，結(jié)構(gòu)基本無優(yōu)化空間。方案B因鋼支撐作用，位移角和位移比指標(biāo)優(yōu)化明顯，但整體剛度增加，自振周期縮短，地震剪力明顯增大，后期對鋼支撐框架和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)難度增加。方案C質(zhì)量最輕，位移角和位移比指標(biāo)較合理。

3.2 造價(jià)分析對比

采用PKPM軟件中工程量統(tǒng)計(jì)模塊進(jìn)行材料用量匯總，按當(dāng)前的造價(jià)信息綜合單價(jià)進(jìn)行整體造價(jià)分析，結(jié)果見表3?；炷涟?.14萬元/m3，鋼筋單價(jià)按0.65萬元/m3，鋼支撐單價(jià)按1.1萬元/m3，鋼框架單價(jià)按0.9萬元/m3，預(yù)制樁0.05萬元/m，基礎(chǔ)混凝土按0.1萬元/m3。

表3 主要材料工程量及造價(jià)估算

由表3可看出，與框架+鋼支撐和鋼框架結(jié)構(gòu)方案相比，混凝土框架方案的造價(jià)最低，但混凝土方案結(jié)構(gòu)構(gòu)件體型大，占用冷庫可利用空間大?？蚣?鋼支撐結(jié)構(gòu)方案造價(jià)居中，但造價(jià)優(yōu)勢不明顯，且需要考慮鋼支撐布置對冷庫空間布局影響。鋼結(jié)構(gòu)框架方案造價(jià)最高，較混凝土框架方案多出10%，但冷庫可利用空間大，貨物儲存布置靈活。

以上工程造價(jià)只是初步估算，與實(shí)際情況可能存在一定出入，但作為業(yè)主方在方案階段的投資決策依據(jù)已基本滿足。最終，業(yè)主以投資控制為主，選擇方案A作為具體實(shí)施的設(shè)計(jì)方案。

4 結(jié)論

（1）多層冷庫在高烈度區(qū)地震作用下，混凝土框架結(jié)構(gòu)方案與鋼結(jié)構(gòu)方案相比，構(gòu)件尺寸相對較大，混凝土方案的質(zhì)量是鋼結(jié)構(gòu)方案質(zhì)量的1.33倍。因傳統(tǒng)材料價(jià)格優(yōu)勢，此方案綜合造價(jià)優(yōu)勢明顯。

（2）在空間布局允許條件下，高烈度地區(qū)的多層冷庫采用鋼支撐+鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，具有抗側(cè)剛度大，抗震性能較好，綜合造價(jià)較優(yōu)的特點(diǎn)，不失為一種可選用的結(jié)構(gòu)方案。

（3）鋼結(jié)構(gòu)方案可充分發(fā)揮鋼構(gòu)件的強(qiáng)度和耗能能力，具有使用空間更大、施工速度更快的優(yōu)勢，但造價(jià)上較混凝土方案多出10%。在投資可接受條件下，此方案建筑品質(zhì)最高，是值得推廣的結(jié)構(gòu)體系。