某高层钢结构住宅结构设计
摘要：本文以高层钢结构住宅项目实例，介绍该工程的主要特点和结构分析的有关内容，工程采用钢管混凝土框架-核心筒结构体系，局部采用钢板剪力墙，还包括结构布置、抗震设计等。
关键词：钢板剪力墙;高层建筑;钢结构住宅;设计分析
1、工程概况
本工程由A、B两栋高层住宅和与其连接的地下室组成，总建筑面积为48331.43㎡。A栋塔楼采用混凝土结构，建筑高度89.1m，地上共29层;B栋为混合结构，建筑高度92.1m，地上共3O层。地下室共两层，采用框架结构。本文主要针对对B栋结构进行介绍。
B栋结构设计使用年限为5O年，结构安全等级二级。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类，设计特征周期T一0.45S，抗震设防类别为丙类;取5O年一遇基本风压0.75kN/m，承载力计算时按基本风压的1.1倍采用，地面粗糙度C类。
2、结构体系及布置
本工程B栋主楼为高层建筑，结构体系为矩形钢管混凝土框架-核心筒结构，局部设置钢板剪力墙，地下室顶板作为上部结构的嵌固端。根据JGJ3―2010《高层建筑混凝土结构技术规程》的要求，混凝土核心筒及钢管混凝土柱抗震等级按二级设计，根据GB50011―2010《建筑抗震设计规范》的要求钢梁及钢板剪力墙抗震等级按三级没计。
外围框架柱采用矩形钢管混凝土柱，截面尺寸最大为口600×350×28，其在地下部分设计为钢骨混凝土柱，以防止刚度突变;钢梁主要采用焊接H型钢梁，外框柱钢梁主要截面为H480×150×8×14，其余框架钢梁主要截面为H480×300×12×25;楼面次梁主要截为H48o×150×6×8/10;钢板剪力墙采用6mm厚钢板加向加劲肋的形式。核心简墙体厚度为200，250～300mm;核心筒墙体混凝土强度等级为C3O―C60，钢管混凝土柱内灌混凝土强度等级为C45一C6O，钢结构材质Q345B，典住宅楼层平面见图1。
图1 标准层结构平面
3、超限情况
参照JGJ3―2010、GB50011―2010及广东省标准DBJ15―92―2013《高层建筑混凝土结构技术规程》，根据结构平面布置及试算结果，工程存在以下超限内容：1)建筑平面凹凸尺寸大于相应投影方向总尺寸的3O%，即9.3m>21.5m×30%=6.45m，不符合凹凸规则条件;2)规定水平力作用下，考虑偶然偏心的最大扭转位移比为1.3>1.2，为扭转不规则结构。
4、结构整体分析
采用SATWE三维空间分析软什对汁算模进行了多遇地震作用和风倚载作用下结构的内力和位移计算。整体汁算时采用刚性楼板假定，考虑双向地震作用及扭转耦联的振动影响。中梁刚度放大系数按JGJ3―2010取值，周期折减系数为0.9，结构阻尼比0.4，连梁刚度折减系数为0.65。前3阶振型详见图2，主要计算算结见表1。
图2 结构前3阶振型
5、静力弹塑性推覆(Pushover)分析
为了实现“大震不倒”的第三水准抗震设防目标，对结构进行了第二阶段的抗震设计，即罕遇地震作用下的结构弹塑性变形验算。计算软件采用PK―PM的PUSH模块。根据JGJ3―2010第11.1.5条和第3.7.5条规定，框架-核心筒结构层间弹塑性位移角限值为1/100。分析本工程的弹塑性静力推覆分析的结果，用以确定建筑潜在的薄弱层和建筑的塑性铰形成机制，推覆分析的曲线也用于估算罕遇地震下的弹塑性位移，考察其是否能够满足结构的抗震性能目标。
分析结果表明，结构能力谱与罕遇地震作用下的需求谱刚好好相交，且能顺利穿越需求谱，在该交点即在性能点时：X向最大层问位移角为1/325，Y向的最大层问位移角为1/253，均满足JGJ3―2010要求。其杆件塑性铰分布见图3。
6、钢板剪力墙设计
本工程在初步设计中，两个方向的抗侧刚度均不满足JGJ3―2010要求，由于建筑功能限制无法设置混凝土剪力墙和钢支撑，故采用没置厚度较薄的.钢板剪力墙的方式增加结构刚度。
由于SAFWE无法直接建立钢板剪力墙单元，故采用钢管支撑等刚度模拟的方法计算，具体思路为：首先在模型中不设支撑，不考虑侧向荷载，初步确定梁柱截面，确保其在竖向倚载作用下满足要求;然后在模型中添加支撑，同时考虑风荷载、地震作用，确保结构整体的层间位移角等满足规范要求。
7、围护结构设计
楼板采用自承式楼板，该模板系统是将楼板中钢筋在工厂加工成钢筋桁架，再将钢筋桁架与底部模板(包括镀锌钢板、竹胶板、预制混凝土薄板等)连接成一体的立体板材。在建设现场，将模板直铺设在钢梁上，进行简单的附加钢筋工程，便可浇筑混凝土，形成混凝土楼板。
室外和室内墙体均采用轻质高强灌浆墙。该系统是一种新型、非承重墙体，该墙体以高强防水板作为面板，用轻钢龙骨作为立柱，在其空腔内泵人轻质灌浆材料而形成的实心整体墙体，与传统的黏土砖墙体、钢筋混凝土墙体等相比，具有轻质、防火、抗震、隔热、隔声、易安装等优点。而且此种墙体构造简单、便于施工，且具有多种用途，广泛用于建筑物的外墙及非承重隔墙中。
8、结语
综上所述，钢结构住宅作为一种新兴的住宅形式，具有抗震性能好、居住环境优、经济性能合理、具有可持续发展等优点，符合同家绿色环保建筑的标准。
参考文献：
[1] JGJ3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S]
[2]GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S]
[3]GB50017-2003，钢结构设计规范[S]
[4]JGJ99-98，高层民用建筑钢结构技术规程[S]
[5]DBJ15-92-2013，高层建筑混凝土结构技术规程[S]
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