高层全钢框架支撑结构体系的优越性分析.PDF

高层全钢框架支撑结构体系的优越性分析 王长宁王禄鹏 （ 南京地铁房地产开发有限责任公司南京 “ ） 摘要以南京地铁大厦工程为例， 从全钢框架支撑结构体系的优点、 必要性、 合理性等方面全面论证了在高层建 筑中采用这种结构的优越性， 并从采用全钢结构的必要性及其特点等方面对全钢结构与其他结构进行了分析与比 较， 对其他高层钢结构的选型具有一定的参考价值。 关键词高层建筑钢结构钢框架支撑体系 “ ’ * 3 E , 7 / ’ 3 - . C . / 7- E 3 3 B 3 - , 7 H 3 5 . G / 7 6 A - E/ - E , . 3 - . G - . , 3，A E G E7 ’ * 33 - , , 1 3 - . G - . ,3 - , , 1 C . 3 B 3 - , 7 钢结构由于其自身良好的力学性能、 施工工艺 成熟性和经济适用性， 使得高层、 超高层钢结构建筑 在我国目前的建筑领域越来越显示出其独特的魅力。 根据结构构造形式一般可将高层钢结构分为核心筒 结构和钢框架结构。建成和在建的高层、 超高层钢结 构大都采用核心筒结构形式， 采用钢框架支撑结构形 式的较少。江苏省第一幢高层全钢结构建筑 南 京地铁大厦就是采用全钢框架支撑结构的一座高层 建筑。本文对其结构体系特点和优越性进行剖析， 可 为其他类似工程的建设提供一定的借鉴作用。 7 全钢框架体系的构造 7 8 7 工程简介 南京地铁大厦是江苏省第一幢全钢结构的集指 挥、 控制、 办公诸多功能于一身的现代化、 智能化大 楼。南京地铁大厦是南京地铁指挥控制中心， 大厦 位于南京城市中心地带， 占地面积为KL M N7 ， 南北 长L O7， 东西宽P N7， 大厦建设高度“ O 9 P7， 总建 筑面积K 7 ， 地上部分的塔楼 M层（ 含设备层 和顶层停机坪） ， 裙楼L层， 地下N层。 7 8 9 结构构造形式 7 8 9 8 7 结构体系 对南京地铁大厦结构的体系特征、 荷载分布情 况及性质等综合考虑后， 采用了全钢框架支撑结构 体系。这种结构形式， 就是在结构的平面上取消了 抵抗水平剪力的核心筒， 钢柱之间通过主梁连接， 钢 梁与钢梁之间用次梁连接， 形成一个垂直传力体系， 而水平剪力的传递主要依靠设置于结构外围钢柱之 间的斜向支撑传递。南京地铁大厦结构平面形状为 矩形， 结构外框架东西向各设“道支撑， 南北向各设 道支撑。结构钢板最厚达到P 7 7， 用钢量约为 ON -。钢柱采用焊接箱型截面， 截面尺寸为方型 P O 7 7Q P O 7 7和O O 7 7Q O O 7 7两种， 变截 面设在“ P “ 层之间。除设备层及顶层有箱型梁 外， 其他主梁及次梁均为R形断面， 梁大部分为热 轧R型钢， 部分大跨度部位采用焊接工字型梁。 支 撑采用热轧R型钢， 主要截面采用R K Q 图“南京地铁大厦外观 第一作者 王长宁男 “ P K年“ 月出生 工程师 收稿日期 O S O S N 工程设计 钢结构 P年第“期第 “卷总第M K期 “ “ 6 方法计算， 地铁 大厦采用全钢框架支撑结构能够在度罕遇地震作 王长宁， 等 高层全钢框架支撑结构体系的优越性分析 A B C D E A 9 F A G D E ’ “ “ 0（） ，H D B ’ ，I D ’ / 用下不倒塌。 ） 工程经济、 合理。采用全钢框架支撑结构体 系与钢筋混凝土结构相比， 结构的自重可减轻 “ ， 而结构重量的减轻， 不仅节约了运输和吊装 费用， 更重要的是可较大幅度地降低地震作用的影 响， 从而使梁柱尤其是抗侧力结构的截面尺寸减小， 其工程造价相应可降低 “ ， 经济效益十分可 观。此外， 由于上部结构重量大大减轻， 从而减小了 结构设计内力， 对地基处理要求降低， 从而使得工程 的基础造价和地基处理费用均有所降低。 ’） 增加建筑使用面积。在选择钢柱截面时， 根 据轴心受压、 双向受弯或单向受弯的不同， 选择了 “ * * “ * *的箱型钢截面。若按钢筋混凝土 框架结构方案， 柱截面尺寸为, * *, * *， 显然在很大程度上提高了使用面积。如采用 钢筋混凝土框架方案， 则混凝土柱断面面积为 “ * ,， 而本工程所采用的钢框架结构， 所需的钢 柱断面面积为 ’ “* ,， 仅为钢筋混凝土结构的 , ， 当按每层建筑面积- * ,计， 使用 面积还可以增加, ， 也就是结构所占面积比率 降低， 使用率得到提高。对于一个’万* ,的建筑 物， 相当于增加了 * ,左右的使用面积， 其价 值是相当可观的。同时， 由于采用全钢框架支撑体 系， 抵抗水平地震力的斜支撑全部设置于结构的外 侧， 避免了核心筒必须设置于结构中心的缺点， 使建 筑的使用面积可以增加约 。同时， 在平面的布 置上分割更加灵活， 可以很好地满足大开间办公的 要求。 “） 节约建筑空间。由于钢材轻质高强的特点， 便于扩大柱距和开间， 占用较小的结构面积和空间， 灵活地布置内部平面， 更好地满足建筑的使用功能 要求。可以在同样跨度时降低建筑高度， 并可在梁 上开孔穿越管线等， 故可在净空相同时降低建筑高 度， 从而降低工程造价。同时， 利用钢结构材料强度 高、 延性好等优点， 在选择了合理的结构体系后， 可 以充分发挥钢材的特点， 提高结构的承载能力和抗 震性能。 在南京地铁大厦结构构件的选择中， 钢梁主要 选用轧制.型钢， 部分大截面钢梁选择焊接.型 钢。根据荷载与支座情况， 其截面高度通常在跨度 的／ , ／“ 之间， 考虑风管的高度约 * *， 在 梁的腹板中开孔不能大于／ ,梁高， 因此较为经济 地选择了 * *的梁高。如果采用钢筋混凝土框 架结构， 则其梁与风管所需的总高度必大于/ * *。对跨度达 、 * *的地铁大厦结构， 即使选用宽扁梁， 梁高也需 * *， 加上 * * 的风管， 则所需的梁高为/ * *。与钢结构方案 相比， 梁高增高 * *， 如对总高度均为 *的 高层建筑物， 钢结构的层数会比钢筋混凝土结构高 两层， 在寸土如金的城市中心， 在总高限定的情况 下， 具有较高的经济价值。 结语 随着科学技术的进步、 钢结构设计理论和计算 技术的发展、 钢材性能的提高、 结构体系的改进， 为 建造较经济的高层钢结构建筑提供了极大的可能 性。 全钢框架支撑结构体系作为一种较为新颖的高 层结构体系， 由于其自身具有优良的结构力学性能 和较高的经济性， 在国家产业政策的扶持下， 这种结 构体系一定会得到越来越广泛的应用， 取得长足的 发展， 为我国钢结构产业的发展起到积极的推动作 用。 参考文献 欧阳可庆钢结构北京 中国建筑工业出版社， / / /, , 0 , , 1 2“ 0 , 建筑抗震设计规范 3 1 3 0 , , 高层建筑混凝土结构设计规程 欧洲两大钢铁公司竞购4 5 6 7 8 9 5 德国企业集团蒂森克虏伯提高了对加拿大钢铁制造商4 5 6 7 8 9 5的推荐竞价， 提至与阿塞洛钢铁公司出 价相当的水平。此举标志着这两家欧洲公司为增强其北美业务， 双方之间的竞争有所升级。蒂森克将其出 价提高至’ /亿加元（ 合’ ,亿美元） ， 即每股价格从 “ 加元增至 加元， 以继续获得4 5 6 7 8 9 5董事会的支 持。 4 5 6 7 8 9 5董事会日前重申了对该德国公司出价的支持。部分原因在于双方已达成协议， 如果该加拿大集 团被售予其他买家， 则须支付亿加元的交易终止费。（ 摘自中国钢结构网） ’, 工程设计 钢结构 , 年第期第, 卷总第 ’期