高烈度且強風下裝配式高層鋼結構設計研究

張 玉

（合肥工業大學設計院（集團）有限公司，安徽 合肥 230000）

1 鋼結構發展現狀以及優勢

高層鋼結構目前在國外應用得較為廣泛，在中國還處于初步發展階段，隨著經濟的發展，高層鋼結構住宅和酒店的數量逐漸增多，鋼結構建筑具有顯著的特征，其裝配率較高，并且易于改造，在此基礎上還符合環保和可回收的實際要求，可以滿足當今社會建筑行業發展的基本要求，因此高層鋼結構建筑的發展潛力巨大［1]。如果拿高層鋼結構和鋼筋混凝土結構進行比較，我們可以明顯看出前者的優勢，利用裝配式高層鋼結構，可以在一定程度上提升生活空間。

2 工程概況

上述已經提到了裝配式鋼結構的顯著優勢，其優勢在高烈度且強風的施工環境下更為明顯，本文將以某沿海城市的高層建筑施工為例，重點分析裝配式結構設計方案，以便為今后的高層建筑施工提供有效參考。某工程位于某沿海城市，共分為兩個單體，一個是酒店塔樓高度為67.6米，另一個是裙房高度為30.75米。塔樓共設有15層，地下室有三層，塔樓柱網最大為9.6*33.4米（該項目設計基本信息見表1）。

表1 設計基本信息

3 設計要點

3.1 結構布置

圖1 酒店項目結構標準層設計圖

以該酒店項目為例，酒店塔樓屬于高層建筑，鋼框架+鋼支撐作為該項目的主體結構體系，該酒店項目塔樓地上結構主要利用的是H型鋼梁，以矩形鋼管作為鋼支撐。塔樓鋼柱截面采用鋼管混凝土柱，這種鋼柱設計具有承載能力強和節省鋼材使用量的特點。參照相關規定，框架支撐結構如果處于8度區，當建筑結構高度不超過100米時，鋼柱和鋼支撐抗震級別按照一級抗震等級考慮，而鋼梁抗震級別可按照二級抗震等級考慮。該酒店項目的結構標準層設計圖如下圖1所示，結合以往經驗我們可以發現，通體采用鋼支撐，其延展性能更好。

3.2 裝配式連接節點

在高烈度且強風的環境下，裝配式建筑的技術難點在于要滿足不利環境下的裝配式結構，采用鋼架框支撐體系可以滿足相關方面的需求，通過這樣的結構可以具有足夠的抵抗強風和地震的能力［2]。但是值得注意的是，由于鋼結構是屬于天然裝配式結構，結構構件都是提前在工廠加工完成后再在現場進行節點連接，從而實現整個過程的安裝。

結合以往施工的經驗，裝配式連接的種類有很多，節點類型多樣，但是無論采用什么類型的節點，都必須嚴格控制現場安裝質量，借助高強螺栓完成連接，要盡可能避免在施工現場進行施焊，但具體的施工方案，還是要結合實際情況而定。因為高烈度地區的構件截面比較大，因此單純依靠高強螺栓難度較大，關于強節點弱構件的具體要求可以參照如下公式：Mu≥ηjMP其中Mu為極限承載力；η代表連接系數；MP為梁的受彎承載力。由上述公式我們可以推測出，在實際施工環節連接承載力要遠大于構件承載力，大約是它的1.3-1.45倍。因此，如果勉強使用高強螺栓作為連接點，那么需要用到的螺栓數量會增多，給現場安裝帶來不便。結合現場施工的實際情況，關于該酒店項目的節點施工還是應該采用栓焊節點的方法，這樣更能滿足高強度和風力較強環境下的裝配式施工的實際需求，確保整體建筑的質量。栓焊節點施工具有安裝方便的顯著優勢，可靠性能高，并且借助加蓋板還可以規范施工要求，達到 “強節點弱桿件”的目的。

3.3 結構整體分析

針對該酒店項目的結構計算，主要是通過設計軟件PKPM來實現，通過科學有效的建模，對結構整體進行分析，并在此基礎上借助SETWE掌握風荷載工況和地震工況，得出構件內力數據以及水平變形。在進行結構整體分析時，需要綜合考慮各項潛在因素，例如：剛性樓板假定、偶然偏心等，參照相關的技術規程，周期折減系數統一按照0.9來計算。通過比對分析可以發現，最終的結構位移比可以確定為1.14，這個數值可以滿足位移比不超過1.2的要求，該酒店項目的結構平面布置較為科學合理，對抗震有利。

4 結語

裝配式鋼結構施工目前在高層建筑中應用較為廣泛，由于裝配式結構具有超強的穩定性以及滿足節能和環保的實際需求，因此發展前景十分廣闊。在這樣的背景下，相關技術人員要結合實際的施工情況，運用先進的技術和手段，從各個層面不斷優化設計方案，提升整體建筑質量。