高烈度區多層冷庫結構體系選型

李章雷 張琳 劉松雪

中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300200

1 工程概況

天津某食品多層冷庫位于天津市渤龍湖開發區風光大道以南，工程總用地面積約4萬m2。項目包含生產車間、冷庫、宿舍以及生產配套建筑。其中冷庫建筑面積5萬m2，建筑高度19.2m，整個建筑共設置4道防震縫兼溫度縫。主體結構地上3層，首層6.5m，二層6.5m，三層6.2m，結構柱網8.5mx8.5m。建筑效果圖、建筑首層平面布置圖分別見圖1～2。

圖1 建筑效果圖

圖2 建筑首層平面布置圖

圖3 方案A

結構設計工作年限50年，結構安全性等級二級，抗震設防類別標準設防類，抗震設防烈度8度（0.2g），設計地震分組第二組，場地類別Ⅳ類，特征周期根據剪切波速和覆蓋層厚度按插值方法確定為0.654s。該地區風荷載0.5kN/m2，雪荷載0.45kN/m2，該工程樓面恒荷載5kN/m2，活荷載25kN/m2,重力荷載代表值中活荷載組合值系數按0.8取值。

根據本工程勘察報告，該場地屬于軟弱土。根據據冷庫設計標準對基礎埋置深度的要求，基礎頂標高設計為-1.5m，項目采用預制樁基承臺基礎，樁徑600mm，有效樁長約30m，持力層為粉質黏土。

2 結構方案比選

結構體系選型主要針對冷庫主體結構。根據冷庫存儲特點與貨運流線要求，在保證生產前提下制定了3種結構方案，各結構體系布置對比如表1所示。方案A為混凝土框架結構方案，方案B為鋼支撐-鋼筋混凝土框架方案，方案C為鋼結構框架方案。

表1 結構方案對比表

2.1 方案A

方案A是常規的鋼筋混凝土框架結構，為滿足層間位移角控制指標，構件截面尺寸相對較大，首層和二層框架柱截面達到1400mmx1400mm。方案A主要構件信息如表1所示，柱含鋼率0.8%～1.8%，首層構件混凝土強度等級C40，二層柱C35，其它構件均為C30。預制樁2385根，承臺厚度1.2m。

2.2 方案B

方案B為混合結構體系，由鋼支撐+鋼筋混凝土框架構成雙重抗側力體系（見圖4）。方案B的框架布置方案與方案A保持相同，只在適當的柱跨之間根據《建筑抗震設計規范》（2016年版）[1]GB 50011-2010（以下簡稱：“抗規”）設置了交叉支撐，構件信息如表1所示。框架柱截面可以縮小至900mmx900mm，交叉支撐截面箱型500x500x30x30，支撐所在位置對應框架柱內設置有型鋼，截面H500x500x30x30，鋼材材質Q355B。預制樁2305根，大部分承臺厚度1.2m，局部支撐框架處，樁數量密集，承臺厚度要求不小于1.8m，由于樁間距控制要求，此區域樁基布置困難，需要調整樁型或者增加樁長方可滿足設計需求。

圖4 方案B

圖5 方案C

2.3 方案C

方案C為鋼框架結構體系，方案C的框架布置方案與方案A完全一致，構件信息如表1所示。框架柱截面可以做到最小為箱型700x700x25x25，材質Q355B。此結構可以充分發揮鋼構件的強度和耗能能力，在最優截面尺寸下可以滿足抗規[1]和《鋼結構設計標準》[2]GB 50017-2017對層間位移角的要求。預制樁1588根，承臺厚度1.2m，設置外包式鋼柱柱腳。

3 結構方案分析對比

“高烈度、重力荷載代表值大”是本項目橫向荷載的主要特征。因此在進行主體結構方案比選時，需要同時追求冷庫運行基本要求、經濟的結構布置、合理的結構指標以及優越的抗震性能。

3.1 地震作用下結構主要計算結果對比

采用PKPM軟件進行結構整體分析，在地震作用下對三種結構方案的主要計算結果進行對比，見表2。

指由表2可得，三種結構方案整體指標均滿足規范要求。其中方案A的質量最重，大約是方案C質量的1.33倍，位移角和位移比指標接近限制要求，結構基本無優化空間。方案B因鋼支撐作用，位移角和位移比指標優化明顯，但整體剛度增加，自振周期縮短，地震剪力明顯增大，后期對鋼支撐框架和基礎設計難度增加。方案C質量最輕，位移角和位移比指標較合理。

3.2 造價分析對比

采用PKPM軟件中工程量統計模塊進行材料用量匯總，按當前的造價信息綜合單價進行整體造價分析，結果見表3。混凝土按0.14萬元/m3，鋼筋單價按0.65萬元/m3，鋼支撐單價按1.1萬元/m3，鋼框架單價按0.9萬元/m3，預制樁0.05萬元/m，基礎混凝土按0.1萬元/m3。

表3 主要材料工程量及造價估算

由表3可看出，與框架+鋼支撐和鋼框架結構方案相比，混凝土框架方案的造價最低，但混凝土方案結構構件體型大，占用冷庫可利用空間大。框架+鋼支撐結構方案造價居中，但造價優勢不明顯，且需要考慮鋼支撐布置對冷庫空間布局影響。鋼結構框架方案造價最高，較混凝土框架方案多出10%，但冷庫可利用空間大，貨物儲存布置靈活。

以上工程造價只是初步估算，與實際情況可能存在一定出入，但作為業主方在方案階段的投資決策依據已基本滿足。最終，業主以投資控制為主，選擇方案A作為具體實施的設計方案。

4 結論

（1）多層冷庫在高烈度區地震作用下，混凝土框架結構方案與鋼結構方案相比，構件尺寸相對較大，混凝土方案的質量是鋼結構方案質量的1.33倍。因傳統材料價格優勢，此方案綜合造價優勢明顯。

（2）在空間布局允許條件下，高烈度地區的多層冷庫采用鋼支撐+鋼筋混凝土框架結構，具有抗側剛度大，抗震性能較好，綜合造價較優的特點，不失為一種可選用的結構方案。

（3）鋼結構方案可充分發揮鋼構件的強度和耗能能力，具有使用空間更大、施工速度更快的優勢，但造價上較混凝土方案多出10%。在投資可接受條件下，此方案建筑品質最高，是值得推廣的結構體系。