某超高层房建工程框筒结构的多方案受力性能与经济性比较分析

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1、某超高层房建工程框筒结构的多方案受力性能与经济性比较分析摘要：依据某工程实例，分别对三种不同周边框架柱结构方案进行了分析，最后以多方案受力性能与经济性比较分析的结果得出结构方案二为本工程最佳结构方案。关键词：超高层建筑；结构方案；经济性中图分类号：TU208文献标识码：A1工程概况与结构选型某综合办公楼，地上建筑面积约7万m2，地上为38层，结构总高度139.2m，结构屋顶上部有架空造型，地下两层。共设11部电梯。塔楼1-5层与裙房相连，总长为62m，总宽度为65m，裙房主要用作商业。共设有4个出入口，主出入口及入口大堂设在建筑南面，次门厅及其出入口设在建筑背面，此外另两个

2、出入口设在建筑东面和裙房北。1~5层每层建筑为3910m2。一层大堂面积750m2，大堂处三层通高，无柱空间面积690m2。塔楼6-38层平面总体为正方形，四个角部向两个方向均有0.9m的悬挑部分。总长和总宽度均为37.5m，全部作为办公使用。根据超高层建筑要求，分别在15层和30层设置避难层。本工程无转换层。2不同周边框架柱结构方案分析2.1结构方案一（周边框架采用普通钢筋混凝土柱）6结构方案一中周边框架为钢筋混凝土柱，框架梁采用钢筋混凝土梁。框架柱截面1-5层为l.lml.lm，6-12层为1m1m,13?22层为0.9m0.9m，23-30层为0.8m0.8m，31层

3、?38层为0.7m0.7m。全部采用钢筋混凝土柱。在此结构布置方案中，框架柱变截面的楼层与混凝土强度等级改变的楼层相互错开，避免由于框架柱截面减小和混凝土强度等级的降低导致楼层刚度骤减而形成薄弱部位，使结构竖向刚度变化比较均匀。2.2结构方案二（周边框架采用型钢混凝土柱）方案二中框架柱的布置位置没有发生变化，只是将周边框架柱换成了型钢混凝土柱，框架梁为钢筋混凝土梁。该体系中1~11层周边框架采用型钢混凝土柱，截面为900mm900mm，柱中嵌入十字形焊接H型钢，十字形焊接H型钢截面为550mrn200mm20mrn30mm，含钢率大约为5.4%。从含钢率来看型钢型钢混凝土柱

4、截面的布置较为合理，布置型钢混凝土柱的楼层为11，大约为总楼层数的1/3。12-22层采用钢筋混凝土柱，截面为900mm900mm。23-30层�用钢筋混凝土柱，截面为800mm800mm。31-38层采用钢筋混凝土柱，截面为700mm700mm。6型钢采用等级为Q345的钢材。框架柱混凝土强度等级沿高度方向的布置方法与方案一中相同。框架部分次梁和核心筒内部楼面梁的布置方法与方案一中相同。方案二标准层结构平面布置见图2。2.3结构方案三（周边框架采用钢管混凝土柱）方案三中框架柱的布置位置没有发生变化，只是将周边框架柱换成了钢管混凝土柱，框架梁为钢筋混凝土梁。该体系中1-13

5、层采用钢管混凝土柱，柱截面为直径1m的圆形，截面外围是厚30mm的钢管，钢管钢材等级为Q345，圆形钢管内部饶筑混凝土。14-23层采用直径为1m的钢筋混凝土圆形柱，24-30层采用直径为0.9m的钢筋混凝土圆形柱，31~38层采用直径为0.8m的钢筋混凝土圆形柱。框架柱混凝土强度等级沿高度方向的布置方法与方案一中相同。框架部分次梁和核心筒内部楼面梁的布置方法与方案一中相同。3多方案受力性能与经济性比较分析三种结构方案均在PKPM(2010版）中进行建模，并且通过SATWE模块进行计算，并对SATWE的计算结果进行分析比较。3.1周期比方案一中周期比为0.708，方案二中周

6、期比为0.708，方案三中周期比为0.708。三个方案中周期比均小于0.9的限制要求。3.2剪重比6由于本工程处于低烈度区，剪重比雉以达到《抗规》规定的0.80%的限制要求，所以本工程可以通过放大地震作用来满足剪重比的要求。通过计算可知，地震作用调整系数取1.17则各楼层剪重比均能满足要求。通过调整后三种不同结构方案的底层剪重比见表1。表1三种结构方案剪重比通过表中数据结果可知，三种不同结构方案在通过放大地震力作用后均能满足剪重比的要求，且方案二剪重比稍大于其他两种结构方案。3.3层间刚度比查看三种结构方案下X和Y方向各层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值或上三层

7、平均侧移刚度80%的比值中之较小者，结果三种结构方案中出现该该比值的最小值的楼层为38层，并且最小值为1.0，1-37层的该比值均大于1.0。那么也就是说，三种结构方案中均未出现薄弱层，竖向刚度变化比较均匀，结构竖向布置比较合理。3.4经济性本文选取把混凝土用量、每平方米钢筋用量和型钢用量作为经济性指标的评判依据。具体各材料用量见表2。表2各结构方案建筑材料用量6虽然结构方案三中钢筋用量明显少于其他两种结构方案，但是其型钢用量非常大，且施工工艺上相对更加复杂，经济性不佳。结构方案二的混凝土用量较结构方案一少，但是其