钢骨混凝土结构在高层通信枢纽楼中的应用
[12-11 16:59:52] 来源：http://www.tmgc8.com 建筑设计 阅读：3827次
一、工程概况
成都第二长途电信枢纽楼工程位于成都市西郊苏坡乡“中国成都乡镇企业城”内，该工程为我国西南大区的长途电信枢纽中心，规划总建筑面积为160428m2，本期工程建筑面积为80428m2，包括主楼、辅助用房、武警营房和传达室四部分，主楼为一级、二级干线和本地网等各类通信生产用房，地下二层地上二十一层，建筑高度94.05米，总高度106米。
二、通信枢纽楼结构设计的特点
通信枢纽楼的结构特点有以下三个方面：
1、楼面活荷载标准值大
一般的机房楼面活荷载标准值为6KN/m２，一些特殊的机房，如电池、电力室、UPS机房对楼板的活荷载标准值达到16 KN/m２，对框架梁、柱为10 KN/m２。
2、层高高、柱网大
为提高通信机房的使用率，通信机房的单层平面面积要求比较大，本工程标准层面积达到29.80平方米，柱网尺寸为北面机房（9+9）x8.4米，南面机房为10x8.4米，机房层高一般在4.5米，以满足安装通信设备的要求。
3、建筑结构的重要性高
通信枢纽楼是一个地区乃至一个大区的通信命脉，是生命线工程，对结构设计的安全度要高于一般的工业与民用建筑。本工程建筑结构安全等级为一级，建筑抗震设防类别为乙类。
三、 钢骨混凝土结构的特点
钢骨混凝土结构在日本、欧洲、美国等发达国家较早开始应用，在我国五十年代就已引入应用于工程，系统研究是在八十年代末开始的，1997年冶金部颁布了《钢骨混凝土结构设计规程》YB9082-97。
钢骨混凝土结构与钢结构相比，钢骨混凝土的外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲，提高构件的整体刚度，显著改善钢结构构件出平面扭转屈曲性能，使钢材的强度得以充分发挥。
外包混凝土又增加了结构的耐久性和耐火性。它比纯钢结构具有更大的刚度和阻尼，有利于控制结构的变形和振动。
钢骨混凝土结构与钢筋混凝土结构相比，由于配置了钢骨，使构件的承载力大大提高，加之钢骨混凝土截面减小、重量轻，且抗剪承载力提高和结构延性加大，可显著改善抗震性能。
本工程采用钢骨混凝土后，框架柱截面减小30%左右。钢骨混凝土结构的缺点是既要求钢构件制造安装又要求支模、绑扎钢筋、浇筑混凝土，施工工序增加。造价比钢筋混凝土略高。
钢骨混凝土结构，尤其是实复式钢骨混凝土结构在大地震时的杰出表现是日本广泛采用此种结构的主要原因。成都第二长途电信枢纽楼主楼建筑结构安全等级为一级，建筑抗震设防类别为乙类，如此重要的建筑且底部框架柱轴力边柱达25000KN，中柱达40000KN，采用钢骨混凝土结构是十分合适的。
四、 结构设计与分析
本工程所在地成都，地震基本烈度为7度，根据本工程的重要性，按7度进行地震作用计算，按8度采取抗震措施。根据建筑平面布置和工艺要求，在结构布置时，利用中间核心部分楼、电梯间及设备管井等形成筒体，并在主楼角部布置剪力墙，增加结构的空间刚度，形成现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构。在布置剪力墙时尽可能对称，使结构的刚度中心与质量中心重合，克服扭转给结构带来的不利影响。框架、剪力墙抗震等级均为一级，结构安全等级为一级。剪力墙、柱混凝土强度等级：地下二层～九层为C60，九～十五层为C50，十五层以上为C40。本工程结构标准层平面图如图1所示。
图1www.tmgc8.com
本工程5层以下框架柱采用焊接“＋”形钢骨混凝土，在6层设过渡层，使结构刚度变化均匀，7层及以上仍采用钢筋混凝土结构。为节约投资，框架梁均采用普通钢筋混凝土结构。钢骨混凝土部分受力型钢的含钢率为6.8%，在规程4%～10%的范围内。
整体计算采用空间有限元分析与设计软件SATWE，钢骨柱均根据最终的截面特性输入，以保证构件及整体结构刚度、内力计算的准确性。
根据整体计算结果，结构前三阶的结构自振周期分别为T1=2.36s（平动）、T2=2.12s（平动）、T3=189s（转动），T3/T1=189/236=08，在X向地震作用下的最大层间位移角为1/2265，在Y向地震作用下的最大层间位移角为1/1980，考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值均控制在1.2左右，楼层最小剪重比X方向为1.74%、Y方向为1.75%，框架柱承受的地震倾覆力矩为总地震倾覆力矩的26.47%（X向）、29.41%（Y向），整个结构的位移曲线如图2所示，曲线光滑无突变。从以上计算结果分析，整个结构平面布置合理，结构扭转影响较小，竖向刚度变化均匀，没有明显的薄弱层，结构的抗侧刚度适宜，剪力墙数量、位置合适。
图2
五、 钢骨混凝土结构构件及其节点设计
在设计本工程时，国家尚无设计规范，设计中我们参照冶金工业部发布的《钢骨混凝土结构设计规程》（YB9082-97）（以下简称《钢骨规程》）和国内已建工程的相关资料进行设计。
1、 钢骨混凝土柱的截面设计
钢骨构件根据本工程整体计算所得的构件控制内力进行截面设计。在钢骨截面设计前，先根据《钢骨规程》中有关含钢率、钢骨板材的宽厚比限值及有关保护层厚度、净距等要求，及梁柱连接、混凝土浇灌等因素，确定合理的钢骨截面尺寸。钢骨混凝土柱是由混凝土、钢筋、型钢三种材料构成的组合构件，精确计算相当复杂。为了简化计算，按照《钢骨规程》6.3.2条，采用简化叠加方法计算，该方法是一种强度叠加模型，它假定钢骨构件的承载力是型钢部分与钢筋混凝土部分的承载力之和，型钢与钢筋混凝土部分的变形彼此独立。这种方法具有计算简单、应用灵活的特点，其设计是偏于安全的。由于本工程的重要性，将框架柱的轴压比控制在0.65左右，截面设计中考虑了型钢柱开钢筋孔后的截面损失，按净截面进行计算。本工程钢骨混凝土柱的截面尺寸及配筋如图3～4所示。
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