高烈度且强风下装配式高层钢结构设计研究

张 玉

（合肥工业大学设计院（集团）有限公司，安徽 合肥 230000）

1 钢结构发展现状以及优势

高层钢结构目前在国外应用得较为广泛，在中国还处于初步发展阶段，随着经济的发展，高层钢结构住宅和酒店的数量逐渐增多，钢结构建筑具有显著的特征，其装配率较高，并且易于改造，在此基础上还符合环保和可回收的实际要求，可以满足当今社会建筑行业发展的基本要求，因此高层钢结构建筑的发展潜力巨大［1]。如果拿高层钢结构和钢筋混凝土结构进行比较，我们可以明显看出前者的优势，利用装配式高层钢结构，可以在一定程度上提升生活空间。

2 工程概况

上述已经提到了装配式钢结构的显著优势，其优势在高烈度且强风的施工环境下更为明显，本文将以某沿海城市的高层建筑施工为例，重点分析装配式结构设计方案，以便为今后的高层建筑施工提供有效参考。某工程位于某沿海城市，共分为两个单体，一个是酒店塔楼高度为67.6米，另一个是裙房高度为30.75米。塔楼共设有15层，地下室有三层，塔楼柱网最大为9.6*33.4米（该项目设计基本信息见表1）。

表1 设计基本信息

3 设计要点

3.1 结构布置

图1 酒店项目结构标准层设计图

以该酒店项目为例，酒店塔楼属于高层建筑，钢框架+钢支撑作为该项目的主体结构体系，该酒店项目塔楼地上结构主要利用的是H型钢梁，以矩形钢管作为钢支撑。塔楼钢柱截面采用钢管混凝土柱，这种钢柱设计具有承载能力强和节省钢材使用量的特点。参照相关规定，框架支撑结构如果处于8度区，当建筑结构高度不超过100米时，钢柱和钢支撑抗震级别按照一级抗震等级考虑，而钢梁抗震级别可按照二级抗震等级考虑。该酒店项目的结构标准层设计图如下图1所示，结合以往经验我们可以发现，通体采用钢支撑，其延展性能更好。

3.2 装配式连接节点

在高烈度且强风的环境下，装配式建筑的技术难点在于要满足不利环境下的装配式结构，采用钢架框支撑体系可以满足相关方面的需求，通过这样的结构可以具有足够的抵抗强风和地震的能力［2]。但是值得注意的是，由于钢结构是属于天然装配式结构，结构构件都是提前在工厂加工完成后再在现场进行节点连接，从而实现整个过程的安装。

结合以往施工的经验，装配式连接的种类有很多，节点类型多样，但是无论采用什么类型的节点，都必须严格控制现场安装质量，借助高强螺栓完成连接，要尽可能避免在施工现场进行施焊，但具体的施工方案，还是要结合实际情况而定。因为高烈度地区的构件截面比较大，因此单纯依靠高强螺栓难度较大，关于强节点弱构件的具体要求可以参照如下公式：Mu≥ηjMP其中Mu为极限承载力；η代表连接系数；MP为梁的受弯承载力。由上述公式我们可以推测出，在实际施工环节连接承载力要远大于构件承载力，大约是它的1.3-1.45倍。因此，如果勉强使用高强螺栓作为连接点，那么需要用到的螺栓数量会增多，给现场安装带来不便。结合现场施工的实际情况，关于该酒店项目的节点施工还是应该采用栓焊节点的方法，这样更能满足高强度和风力较强环境下的装配式施工的实际需求，确保整体建筑的质量。栓焊节点施工具有安装方便的显著优势，可靠性能高，并且借助加盖板还可以规范施工要求，达到 “强节点弱杆件”的目的。

3.3 结构整体分析

针对该酒店项目的结构计算，主要是通过设计软件PKPM来实现，通过科学有效的建模，对结构整体进行分析，并在此基础上借助SETWE掌握风荷载工况和地震工况，得出构件内力数据以及水平变形。在进行结构整体分析时，需要综合考虑各项潜在因素，例如：刚性楼板假定、偶然偏心等，参照相关的技术规程，周期折减系数统一按照0.9来计算。通过比对分析可以发现，最终的结构位移比可以确定为1.14，这个数值可以满足位移比不超过1.2的要求，该酒店项目的结构平面布置较为科学合理，对抗震有利。

4 结语

装配式钢结构施工目前在高层建筑中应用较为广泛，由于装配式结构具有超强的稳定性以及满足节能和环保的实际需求，因此发展前景十分广阔。在这样的背景下，相关技术人员要结合实际的施工情况，运用先进的技术和手段，从各个层面不断优化设计方案，提升整体建筑质量。