兰泰苹果园高层住宅钢结构设计

1兰泰苹果园高层住宅钢结构设计摘要：基于实际项目，介绍了框架-中心支撑体系在高层住宅楼钢结构中的运用以及钢结构住宅设计的特点和要点，具体包括：设计目标和标准、结构体系的选择、结构布置的原则、多遇地震分析、节点分析、罕遇地震验算、重要构造措施等。设计结果表明，框架-中心支撑体系在高层住宅楼钢结构中是可行的；结构经过合理布置较好满足建筑功能要求，并使各项计算指标满足相关规范要求；节点设计满足强度和刚度要求；所采取的防火和防腐措施可实现预定防护要求。兰泰苹果园棚户区改造项目(一期)位于兰州市城关区。一期总占地面积21600m2，总建筑面积105360m2，其中地上建筑面积91289m2，地下建筑面积14071m2，住宅总户数为847户。根据兰州市总体规划，此处将成为集景观和公用设施为一体的理想生活区，建筑效果如图1所2本项目由高层住宅楼、综合住宅楼、沿街商业、物业用房、幼儿园及楼(东区)、16号楼(东区)、12号楼(西区)，以及北侧商业和其他配套建筑。本文以12号楼结构缝左侧单体为例，介绍高层住宅楼钢结构的设计32设计标准与目标2.1荷载作用标准1)重力作用：考虑构件自重，钢材容重(含构件装修荷载)取80kN/m3，混凝土容重取25kN/m3，楼板附加恒载1.5kN/m2，屋顶找坡、防水、隔热等按建筑做法计算重量，取5kN/m2，墙体荷载按实际厚度和饰面做法折算成线荷载施加到梁上，附加活荷载按规范要求取值，其载作用：地面粗糙度类别为B类，50年一遇的基本风压取wk=0.3kN/m2；3)地震作用：按8度、3组、Ⅱ类场地确定地震2.2设计目标1)设计使用年限为50年，抗震类别为丙类，抗震等级为一级。2)稳定性：刚重比及长细比均按相关规范控制。43)强度：矩形钢管混凝土柱轴压比不大于0.7，梁应力比不宜超0.90，斜撑应力比不宜超0.95。4)变形：多遇地震层间位移角不大于1/300；风载层间位移角不大于1/400；罕遇地震层间位移角不大于1/50。5)耐火等级：耐火等级为一级，承重柱耐火极限为3.0h，梁耐火极限不小于2.5h，板耐火极限不小于1.5h。6)耐久性：涂装设计年限不小于15年。7)舒适度：楼盖频率不小于4Hz。3体系的选择和结构布置3.1结构体系的选择由于现阶段我国钢材产能过剩且价格较为便宜，加之钢结构具有装配化、绿色环保、抗震性能好、施工速度快、可回收利用等特点，根据我国政府相关鼓励发展钢结构的政策及建设方的要求等，决定此项目采用根据JGJ99—2015《高层民用建筑钢结构技术中心支撑结构的适用高度为180m。本项目所在地兰州的基本抗震设计烈95.630m，结构高度均在适用的范围内，故本项目采用框架-中心支撑体系是符合JGJ99—2015要求的。值得说明的是，虽然框架-偏心支撑体系较框架-中心支撑体系延性更好，但根据JGJ99—2015要求，前者耗能梁段与支撑连接处的上下翼缘均须设侧向支撑，这些侧向支撑将影响住宅建筑的使用，因此，本项目未考虑采用框架-偏心支撑体系。53.2结构布置根据建筑户内不设柱的要求，并遵循按一定间距布置等原则，可基本确定柱位的布置。为了提高隔声、防火及柱抗压等性能，框架柱采用方钢管混凝土柱，柱截面尺寸宽不超400mm、长为400～750mm。标准层图3标准层结构布置示意根据斜撑布置需要建筑实墙面及2个相关框架柱的要求，并遵循双向、均匀、对称等原则，可基本确定斜撑的