关于高层建筑结构方案的选择.pdf

第 3 3卷第 2期 2 0 1 3年 4月 黑 龙 江 冶 金 H e i l o n g j i a n g Me t a l l u r g y V o 1 ． 3 3 No ． 2 Apr i l 2 0 1 3 关于高层建筑结构方案的选择 杨春 黑龙江省冶金设计规划院，哈尔滨1 5 0 0 4 0 摘要 通过对高层建筑中应用不同材料的优缺点进行比较， 钢管混凝土用于高层建筑中具有很大的经济效益 和现实意义。 关键词 钢管混凝土； 高层建筑； 应用 On t h e Ch o i c e o f a Hi g h r i s e Bu i l d i n g S t r u c t u r a l S c h e me C hu n He i l o n g j i a n g me t a l l u r g i c a l d e s i g n a n d p l a n n i n g i n s t i t u t e Ha r b i n 1 5 0 0 4 0 C h i n a Ab s t r a c t Co mp a r i n g t h e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f d i f f e r e n t ma t e r i a l s u s i n g i n t h e t a l l b u i l d i n g s ，g r e a t e c o n o mi c a n d p r a c t i c a l s i g n i fic a n c e e x i s t o f c o n c r e t e fi l l e d s t e e l t ub e f o r t a l l b u i l d i n g s ． Ke yW o r ds Co n c r e t e Fi l l e d S t e e l Tu b e；Ta l l b u i l d i n g s；Ap p l i c a t i o n 高层建筑 是社会经 济和科学 技术发展 的产 物 。高层建筑的发展与城市民用建筑的发展密切 相关 ， 城市人 口集中 、 用地紧张以及商业竞争的激 烈化 ， 促进了人们对高层建筑的需求 。 但是高层建筑的发展主要取决于建筑物所用 的材料 ， 现代高层建筑结构 的材料 主要有 钢筋混 凝土、 钢、 钢 一钢筋混凝土的组合 主要指钢筋混 凝土核心筒 、 外围钢框架柱或钢管混凝土柱 。对 于新一代高层建筑 ， 世界各 国都 已趋 向于采用钢 一 钢筋混凝土组合结构。本文只对钢管混凝土在 高层建筑中的应用进行介绍。 钢管混凝 土结构与其他结 构相 比， 具有承载 力高 、 塑性和抗震性能优越 、 节省材料和施工简便 等优点 ， 当用于高层和超高层建筑时 ， 这些优点更 为显著 ， 主要表现在以下几个方面。 1 安全可靠地采用高强度混凝土 近年来 ， 高强度混凝土 已经 得到应用。在美 国已生产出强度高达 1 3 1 N ／ m m 的高强度混凝土； 在我国 C 6 0混凝土的应用已较为普遍 ， C 7 0和 C 8 0 混凝土也已在生产中投入使用， 并在 2 0 0 2年修订 的混凝土结构设计规范 G B 5 0 0 1 02 0 0 2 中， 混 凝土强度等级新增了 C 7 0 、 C 7 5及 C 8 0混凝土 ， 为 高强度混凝 土的应用提供 了设计依据。然而， 混 凝土的强度越高， 其脆性越大， 这就限制了高强度 混凝土的应用 。为了克服这一弱点 ， 唯有加强箍 筋 ， 使高强度混凝土在压力作用下 ， 由于箍筋的约 束 ， 核心混凝土三 向受压。从而使高强度混凝土 的强度得 以充分发挥 ， 然而 ， 为 了防止高强度混凝 土 的脆性破坏 ， C 6 0混凝土 中配箍率高达 2 0 ％以 上 ， C 7 0 、 C 7 5 、 C 8 0则更高 ， 这么大的箍筋配筋将造 成截面钢筋密布 、 构造复杂、 施工 困难 。于是产生 了钢管混凝土 ， 实践证 明， 采用钢管混凝 土， 不仅 构造简单， 而且能彻底防止高强度混凝土的脆性 破坏 ， 同时还不多费钢材 ， 真正发挥高强度混凝土 的作用 ， 做到安全可靠。 2 可以减 小柱子截 面尺 寸 与钢筋混凝 土柱相 比， 钢管混凝 土柱 由于抗 压承载力高且可 以做到不限制轴压 比， 因而在高 层或超高层建筑中， 采用钢管混凝 土柱时， 柱子截 面可以大幅度减小。 例如 深圳市赛格广场大厦的受力最大柱， N 9 0 O 0 0 k N， 设计采用钢管混凝土柱为 1 6 0 0 收稿 日期 2 0 1 2一l 0 2 5 作者简介 杨春， 毕业于哈尔滨工业大学， 土木工程专业， 工程师。 5 0 第2期 杨春 关于高层建筑结构方案的选择 2 8 ， A 2 ． 0 1 m ， 若采用钢筋混凝土柱 ， 柱截 面将 为 2 ． 4 m 2 ． 2 m， A5 ． 2 8 m ， 面积减少了 6 3 ％ ； 北 京 国际贸易 中心塔楼的柱子 ， 设计 采用钢管混凝 土柱截面为 1 4 0 03 0 ， A 1 ． 5 4 m ， 若采用钢 筋混凝土柱截面将为 2 ． 2 m2 ． 2 m， A 4 ． 8 4 m ， 面积减少 了6 8 ％ 。 可见， 采用 钢管混凝土柱要 比钢筋混凝土柱 的截面面积小 6 0 ％以上 ， 可以节约 6 0 ％以上 的混 凝土。按含钢率 8 ％ 一1 0 ％计算 ， 钢管混凝土柱折 算成钢筋混凝土时的含钢率约为 3 ％左右 ， 而后者 还需增加箍筋 ， 因此 ， 采用钢管混凝土柱并不 比钢 筋混凝土柱耗钢量大 ， 而且跟钢柱相 比， 采用钢管 混凝土柱可节约钢材 5 0 ％左右 。 3 扩大了建筑物使用空间和面积 由于钢管混凝土柱承载力高， 不但柱子截面 小， 而且可以采用大柱网、 大空间的框架结构体 系 ， 柱 距往往 可以做到 1 0 m 以上 ， 据有关 资料统 计 ， 高层建筑中采用钢管混凝土柱后 ， 一般可以增 大使用面积 3 ％ 一 6 ％ 。 4 利 于结构 抗震 和 降低 地基 基 础 造 价 和钢筋混凝 土柱相 比， 由于钢管混凝土柱截 面小 ， 自重减小 ， 地震作用引起的地震反应和结构 内力都减小 ， 从而给设计带来经济效益 。 钢筋混凝土 高层建筑 的 自重一般 为 1 ． 52 t ／ m ， 而采 用钢 管混 凝 土 结构 时 ， 一 般都 少 于 1 t ／ m ， 上海静安 一希尔顿饭店 采用钢筋混凝 土方 案时 ， 基底 压力为 7 7 0 k N ／ m ， 采用钢管混凝 土方 案时 ， 基底压力为 5 5 0 k N ／ m 。 显然 ， 与钢筋混凝土相 比， 采用钢管混凝土可 以减小地基上 的单位 面积荷载 ， 也就减 轻了地基 承受的荷载， 从而降低地基工程的造价， 而且由于 结构中构件 自重减小 ， 也节约 了运输 和吊装 等费 用 。 5 钢管混凝土柱施 工比钢柱 方便 据统计 ， 高层建筑 和超 高层建筑 中采用钢管 混凝土柱时， 钢管厚度一般不超过 4 0 mm， 而采用 钢结构柱时， 板材厚度需要 8 01 3 0 ram， 甚至可能 更大 。这样厚 的板材 ， 目前 国内产 品的质量很难 保证 ， 常需要 由国外进 口， 同时， 这样厚 的钢板制 作和对接焊接对质量 的要求 非常高， 现场施工相 当困难， 对施工进度有很大的影响。所以在高层 建筑中采用钢管混凝土柱 比钢柱更为优越 。 6 钢管混凝土柱的耐 火性能好 钢管混凝土 由于管 内灌有混凝土 ， 能吸收大 量热能 ， 因而遭受火灾 时， 管柱截面温度场的分布 很不均匀 ， 从而提高 了柱子 的耐火 时间， 经计算 ， 同样达到一级耐火3 h的要求， 采用钢管混凝土柱 时与钢柱相 比可以节约 防火涂料 1 ／ 2～2 ／ 3 ， 甚至 更多， 例如， 深圳赛格广场大厦， 耐火等级为一级， 耐火时限 3 h ， 采用钢管混凝土柱时， 防火涂料厚度 为 6～1 2 m m不等 ， 设计共用涂料 1 7 7 ． 1 2 m ， 如果 按钢结构柱计算 ， 防火涂料厚度为 5 0 mm， 涂料用 量为 1 2 1 3 ． 3 3 m ， 节约 8 5 ％。 7 结语 综上所述 ， 钢管混凝 土结构用于高层 建筑 中 具有很大的经 济效益 和现 实意义 ， 所 以我们在高 层建筑设计中应结合我国实际情况， 合理选用。 参考文献 [ 1 ] D B J 1 3 5 1 2 0 0 3钢管混凝土结构技术规程[ s ] [ 2 ] D I MT 5 0 8 51 9 9 9钢 一混凝土组合结构设计规程[ s ] [ 3 ] C E C S 2 8 9 0钢管混凝土结构设计与施工规程[ s ] [ 4 ] G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2混凝土结构设计规范[ s ] [ 5 ] G B 5 0 0 1 7 2 0 0 3钢结构设计规范[ S ] [ 6 ] 钟善桐． 高层钢管混凝土结构[ M] ． 哈尔滨 黑龙江科 学技术 出版社 ， 1 9 9 9 [ 7 ] 原长庆， 李小倩． 高层建筑结构设计[ M] ． 哈尔滨 黑龙 江科学技术出版社 ， 2 0 0 0 上接第 4 9页 本工程空调总冷负荷为 9 7 0 k W， 选 用一台螺 杆式冷水机组， 单台制冷量 1 1 2 0 k W， 建筑面积冷 指标为 1 3 3 W／ m 。 3 ． 2 ． 2 空调系统形式 根据本工程特点采用送风单元 风机盘管 独立新风系统的空调方式。通风单元为双水管变 流量系统。每台通风单元均设双位二通控制阀及 温控器 。新风为独立供给式 ， 新风 由通风单元处 理到机器露点 ， 负担室 内负荷 。空气处理过程如 下 新风_ 送风单元初效过滤_冷却除湿一送风。 3 ． 3 通风 处 理 车间内新 风通过 带有 新风 、 混 风， 循 环制 冷 制热 功能的通风单元负担， 车间内外窗均可开 启 ， 以保证房间的通风换气 ； 所有卫生间均设排气 扇 。 51