250米超高層建筑框架柱的選型研究(4頁).doc
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2022-07-20
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1、250米超高層建筑框架柱的選型研究蔡文杰(廣東省南方電信規(guī)劃咨詢設(shè)計院有限公司 深圳 518000)摘要提出250米超高層框架-核心筒結(jié)構(gòu)中框架柱的選型需要考慮的因素,闡述了框架柱主要分類及優(yōu)缺點,并結(jié)合實際工程,對幾種主要的框架柱選型進行了技術(shù)經(jīng)濟性對比分析,對今后工程設(shè)計和建設(shè)方判斷方案的經(jīng)濟合理性具有參考價值。關(guān)鍵詞鋼筋混凝土柱 型鋼混凝土柱 鋼管混凝土柱 鋼管混凝土疊合柱 鋼管約束混凝土柱 技術(shù)經(jīng)濟對比0 前言隨著經(jīng)濟增長的放緩,各行各業(yè)面臨經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整的壓力。房地產(chǎn)首當其沖迎來巨大的調(diào)整,建設(shè)工程量在下降,利潤率在降低,逼迫建設(shè)方降低成本,以求生存。土建成本中,結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化占據(jù)相當2、的比例。而優(yōu)化設(shè)計重中之重是在結(jié)構(gòu)選型,此應(yīng)該高于施工圖設(shè)計的精細化管理的重要性。本文就250米超高層建筑框架柱的選型做一些探討。經(jīng)初步統(tǒng)計,250米超高層建筑在平立面比較規(guī)則的情況下,大部分為框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系。超過250米則可能需要設(shè)置加強層,以控制位移。核心筒一般為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu),少數(shù)項目因為截面厚度的限制或超限審查需增加構(gòu)件延性,設(shè)置型鋼,以提高軸壓比的限制條件。只有框架柱面臨多項選擇,需要從各方面進行經(jīng)濟技術(shù)性對比分析,權(quán)衡利弊,找到最適合項目自身的結(jié)構(gòu)形式。目前框架柱主要的結(jié)構(gòu)形式分為以下幾種:(1)鋼筋混凝土柱;(2)型鋼混凝土柱;(3)鋼管混凝土柱;(4)鋼管混凝土疊合3、柱;(5)鋼管約束混凝土柱。1常用框架柱的結(jié)構(gòu)類型和特點1.1鋼筋混凝土柱鋼筋混凝土柱是結(jié)構(gòu)設(shè)計中最常見的結(jié)構(gòu)類型。(1)柱尺寸較大,影響建筑功能和美觀,如底部尺寸過大影響建筑立面效果,地下室影響停車位和行車路線等;(2)造成結(jié)構(gòu)易形成超短柱,抗震性能差;(3)鋼筋混凝土梁與柱節(jié)點連接施工簡單,常規(guī)施工即可;(4)需要支模拆模;(5)造價低廉。 1.2型鋼混凝土柱 型鋼混凝土柱是對鋼筋混凝土柱的改進類型。(1)截面尺寸比鋼筋混凝土柱縮小,但仍然較大;(2)抗震性能好,各國對其受力性能的研究很充分,并且在日本高層建筑廣泛應(yīng)用,并經(jīng)受了實際地震的檢驗;(3)混凝土梁與柱節(jié)點連接施工復(fù)雜;(4)需要4、支模拆模;(5)造價較高。1.3鋼管混凝土柱鋼管混凝土柱也是比較成熟的結(jié)構(gòu)類型。(1)截面尺寸適中;(2)抗震性能好,各國對其受力性能的研究很充分,據(jù)有關(guān)資料介紹,美國現(xiàn)在最大的鋼管混凝土柱直徑已經(jīng)做到了2米多;(3)混凝土梁與柱節(jié)點連接施工復(fù)雜;(4)不需要支模拆模。柱內(nèi)混凝土澆注較為方便;(5)造價較高;(6)需涂防火防腐涂料,后期維護費用較高。1.4鋼管混凝土疊合柱鋼管混凝土疊合柱是在鋼管混凝土柱基礎(chǔ)上的改良。(1)截面尺寸適中;(2)抗震性能好(3)混凝土梁與柱節(jié)點連接施工復(fù)雜;(4)需要支模拆模。柱內(nèi)混凝土澆注較為方便,柱外混凝土澆注較困難;(5)造價較高;(6)不需涂防火防腐涂料。5、1.5鋼管約束混凝土柱鋼管約束混凝土柱是周緒紅、劉界鵬提出的新型結(jié)構(gòu)形式。(1)截面尺寸較小;(2)抗震性能極好(3)混凝土梁與柱節(jié)點連接施工簡單;(4)不需要支模拆模,柱內(nèi)混凝土澆注較為方便;(5)造價較低;(6)需要防火和防腐;(7)工程應(yīng)用歷史不長。2工程實例本工程位于深圳福田科技園片區(qū),為多層裙房商業(yè)、塔樓超高層辦公樓一體的大型城市綜合體。地下室4層,裙房7層,塔樓56層,塔樓最高為249.90米。選取其中一個塔樓,最低一層標準層的邊柱進行對比設(shè)計。此柱的抗震等級為特一級,柱所在層高為4.3m,選取其整體計算模型的最大軸力N=71000KN,構(gòu)造上選取規(guī)范限制設(shè)計。造價按混凝土650元6、/ m3,鋼筋5000元/ 噸,鋼管11000元/噸,型鋼10000元/噸計算。2.1鋼筋混凝土柱鋼筋混凝土柱采用混凝土強度等級C60,鋼筋采用HRB400,軸壓比采用0.7,全部縱筋最小配筋率為1.4%,柱箍筋加密區(qū)箍筋的體積配箍率為1.45%。依據(jù)以上條件設(shè)計得到的柱截面為2mX2m。詳見大樣1。造價統(tǒng)計:混凝土:17.2m3,計1.118萬元鋼筋:3979Kg,計1.990萬元模板:計0.172萬元共計:3.28萬元2.2型鋼混凝土柱型鋼混凝土柱采用混凝土強度等級C60,鋼材采用Q345B,鋼筋采用HRB400,軸壓比采用0.65,型鋼的含鋼率不小于4%,不大于10%,全部縱筋最小配筋率7、為0.8%,柱箍筋加密區(qū)箍筋的體積配箍率為1.23%。依據(jù)以上條件設(shè)計得到的柱截面為1.6mX1.6m。詳見大樣2。造價統(tǒng)計:混凝土:10.5m3,計0.683萬元型鋼:3862Kg,計3.862萬元鋼筋:1880Kg,計0.940萬元模板:計0.1376萬元共計:5.623萬元2.3鋼管混凝土柱鋼管混凝土柱采用混凝土強度等級C60,鋼材采用Q345B,鋼筋采用HRB400,軸壓比采用0.65,型鋼的含鋼率不小于4%,不大于10%,全部縱筋最小配筋率為0.8%,柱箍筋加密區(qū)箍筋的體積配箍率為1.23%。依據(jù)以上條件設(shè)計得到的柱截面為直徑1.7m。詳見大樣3。造價統(tǒng)計:混凝土:8.97m3,計08、.583萬元型鋼:6177Kg,計6.795萬元防火防腐:計0.528萬元共計:7.906萬元2.4鋼管混凝土疊合柱鋼管混凝土疊合柱采用混凝土強度等級C60,鋼材采用Q345B,鋼筋采用HRB400,軸壓比(管外鋼筋混凝土)采用0.7,型鋼的含鋼率不小于4%,全部縱筋最小配筋率(按鋼管外混凝土截面面積計算)為1.3%,柱箍筋加密區(qū)箍筋的體積配箍率(按外圍箍筋內(nèi)皮與鋼管之間混凝土的體積計算)為1.45%。不同期施工的疊合柱施工難度較大,為保證施工質(zhì)量和工期,一般情況下均選擇同期施工的疊合柱。依據(jù)以上條件設(shè)計得到的柱截面為1.5mX1.5m。詳見大樣4。造價統(tǒng)計:混凝土:9.17m3,計0.5969、萬元型鋼:3949Kg,計4.344萬元鋼筋:1571Kg,計0.786萬元模板:計0.129萬元共計:5.855萬元2.5鋼管約束混凝土柱鋼管約束混凝土柱采用混凝土強度等級C60,鋼材采用Q345B,鋼筋采用HRB400,軸壓比采用1,型鋼的含鋼率不小于4%,全部縱筋最小配筋率為0.8%,柱箍筋加密區(qū)箍筋的體積配箍率為1.45%。依據(jù)以上條件設(shè)計得到的柱截面為直徑1.3m。詳見大樣5。造價統(tǒng)計:混凝土:5.44m3,計0.354萬元型鋼:2041Kg,計2.245萬元鋼筋:933Kg,計0.467萬元共計:3.066萬元類型造價(萬元)尺寸(m2)防火防腐抗震性能施工難易(混凝土澆筑質(zhì)量和節(jié)10、點施工)支模鋼筋混凝土柱3.284 不需要差容易需要型鋼混凝土柱5.6232.56不需要好較難需要鋼管混凝土柱7.9062.27需要極好較容易不需要鋼管混凝土疊合柱5.8552.25不需要好較難需要鋼管約束混凝土柱3.0661.33需要極好容易不需要綜上所述,綜合效益從優(yōu)到次排序為:1.鋼管約束混凝土柱,2.鋼管混凝土疊合柱,3.鋼管混凝土柱,4. 型鋼混凝土柱,5. 鋼筋混凝土柱。本工程框架柱在下部約1/2區(qū)段軸力較大,選用鋼管混凝土疊合柱,上部約1/2區(qū)段軸力較小,采用鋼筋混凝土柱。3結(jié)論和建議鋼筋混凝土柱,造價低廉、施工方便,但限于截面尺寸較大,底部軸力較大部位建筑專業(yè)不會同意使用。宜用11、于上部1/2區(qū)域軸力較小部位。鋼管混凝土柱多用在樓層梁為鋼結(jié)構(gòu)的體系中,施工速度較快。型鋼混凝土柱和鋼管混凝土疊合柱現(xiàn)在在深圳的應(yīng)用都比較成熟了。從深圳地區(qū)的調(diào)查資料, 250米超高層建筑框架柱的選型中,型鋼混凝土柱和鋼管混凝土疊合柱各占一半。隨著鋼管混凝土疊合柱施工經(jīng)驗的積累和節(jié)點設(shè)計的完善,鋼管混凝土疊合柱有增多的趨勢。鋼管約束混凝土柱成本最低,但節(jié)點承載力計算與防火性能存在一定爭議,實際工程應(yīng)用經(jīng)驗不多,故本工程未采用。但其是一種新型的結(jié)構(gòu),隨著理論研究的深入和工程經(jīng)驗的積累,相信會成為超高層結(jié)構(gòu)的一種選擇。在具體項目中應(yīng)綜合各方面因素,如建筑尺寸要求、材料供應(yīng)、設(shè)計能力、施工質(zhì)量等,選取符合項目實際需求的框架柱類型,使結(jié)構(gòu)設(shè)計達到經(jīng)濟適用、安全合理的要求。參考文獻:(1)建筑抗震設(shè)計規(guī)范 GB50011-2010 (2)高層建筑混凝土機構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JGJ 3-2010 (3)型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JGJ 138-2001(4)鋼管混凝土疊合柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 CECS 188:2005(5)周緒紅,劉界鵬. 鋼管約束混凝土柱的性能與設(shè)計.科學(xué)出版社 (6) 林立巖,李慶鋼. 鋼管混凝土疊合柱的設(shè)計概念與技術(shù)經(jīng)濟性分析.建筑結(jié)構(gòu),2008,第3期
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