(王立军)新型装配式钢结构体系的研究与应用

新型装配式钢结构体系的研究与应用王立军新型装配式建筑技术发展交流会2016.12.22-23上海内容:一、钢框架+阻尼器结构（9层住宅）二、钢框架—钢板组合剪力墙结构（16层住宅）三、钢框架—防屈曲支撑结构（多层办公楼）四、钢框架—支撑+隔震结构（医院）五、钢框架—偏心支撑结构（220m高办公楼）六、钢框架—钢板组合剪力墙结构（729m高办公楼）一、钢框架+阻尼器结构（9层住宅）1.金属阻尼墙钢框架结构（合作单位：上海力岱，田海）9层钢框架，住宅一、钢框架+阻尼器结构（9层住宅）金属阻尼器金属阻尼器钢框架+阻尼器结构体系工程应用项目概况1、北京市丰台区安置房项目，地上9层，层高2.9米，地下3层，结构总高度26.1米。2、结构体系为钢框架+阻尼器结构体系，地上地下框架柱均为矩形钢管混凝土柱，框架梁采用H型钢，柱距为6.6米，地上大空间结构无次梁布置。3、楼板地上采用桁架钢筋混凝土叠合楼板，板厚170mm，地下采用钢筋桁架楼承板，板厚150mm。钢框架+阻尼器结构体系工程应用4、地上1~6层布置墙板式阻尼器，每层布置6个，X方向布置4个，Y方向布置2个；阻尼器总数量为36个。5、因地下水位较高，通过经济性比较，基础采用筏板基础。6、梁、柱截面地下室：柱：450x450x16矩形钢管砼柱地上：柱：400x400x14~8矩形钢管砼柱梁：350x150x8x14~22钢框架+阻尼器结构体系工程应用7、减震型墙板式阻尼器节点示意图小震限值：1/250→→1/300谢谢！大震限值：1/50→→1/70大震谢谢！大震谢谢！1/70黏滞阻尼墙特点：1）提供附加阻尼，对地震和风振都能发挥作用；2）安装简单，施工误差对耗能减震效果影响小；3）厚度薄，布置自由。2.钢框架+黏滞阻尼墙（速度相关型）粘滞阻泥墙钢结构框架（合作单位：北京羿射旭，张钰）9层钢框架，住宅附加阻尼比计算公式限值：1/250→1/300小震反应谱小震反应谱小震反应谱小震时程小震时程大震时程大震时程限值：1/50→1/70大震时程二、钢框架—钢板组合剪力墙结构（16层住宅）二、钢框架+钢板组合剪力墙结构钢板组合剪力墙截面形式：双层钢板+内填混凝土相关规程：《钢板剪力墙技术规程》JGJ/T380-2015位移限值1/400钢框架+钢板组合剪力墙体系案例：北京市丰台区安置房项目一、地上16层，结构总高度48.0米，层高2.9米，地下3层；1，地上地下框架柱均为矩形钢管混凝土柱，框架梁采用H型钢，柱距为6.6米，地上大空间结构无次梁布置2、电梯井周边布置钢板组合剪力墙3、楼板地上采用预制混凝土叠合楼板，板厚为170mm（90+80），地下采用钢筋桁架楼承板，板厚150mm；4、因地下水位较高，通过经济性比较，基础采用筏板基础；5、梁、柱截面地下室：柱：450x450x16矩形钢管砼柱地上：柱：400x400x20~8矩形钢管砼柱；梁：350x150x8x14~226、钢板组合剪力墙截面总厚度：150mm；（两侧钢板厚度6mm，中间填充C50自密实混凝土）二、设计信息1、设计软件：PKPM设计软件；2、设计参数：1）抗震设防烈度：8度，0.2g；2）基本风压：0.45KN/m2；3）钢管砼柱抗震等级：一级；4）钢梁抗震等级：三级；5)钢板组合剪力墙抗震等级：三级；3、结构计算嵌固端：地下室顶板；4、主次梁、梁柱刚接腹板连接均采用高强摩擦型螺栓（10.9级）连接；钢框架—钢板组合剪力墙结构三、计算结果1、周期振型号周期(s)方向角(度)类型扭振成份X侧振成份Y侧振成份总侧振成份阻尼比12.578911.61X34%63%3%66%4.00%22.363999.20Y0%3%97%100%4.00%32.18424.62T65%34%0%35%4.00%40.71883.90T54%46%0%46%4.00%50.5922172.73X45%54%1%55%4.00%60.586087.92Y1%0%99%99%4.00%70.35000.67X45%54%0%55%4.00%80.2857176.74T54%45%0%46%4.00%90.254889.97Y1%0%98%99%4.00%100.2217177.40X24%75%0%76%4.00%110.1884148.01T63%25%12%37%4.00%120.17548.46T71%28%1%29%4.00%130.15628.07X17%74%10%83%4.00%140.142090.20Y7%9%83%93%4.00%150.12463.95X33%65%2%67%4.00%160.12111.09T67%30%2%33%4.00%170.111269.22T86%4%9%14%4.00%180.10423.20X14%85%1%86%4.00%结构周期及振型方向钢框架+钢板组合剪力墙结构体系工程应用2、层间位移角最大层间位移角简图3、层间位移比层间位移比简图钢框架—钢板组合剪力墙结构4、舒适度工况荷载规范(m/s^2)顺风向横风向WX0.0520.034WY0.1210.045风振加速度钢框架—钢板组合剪力墙结构钢框架+钢板组合剪力墙结构体系工程应用5、倾覆力矩X静震下倾覆力矩简图Y静震下倾覆力矩简图6、抗倾覆和稳定验算工况抗倾覆力矩Mr(kN.m)倾覆力矩Mov(kN.m)比值Mr/Mov零应力区(%)EX1.41e+696445.2114.650.00EY5.51e+51.17e+54.700.00WX1.49e+622989.2464.720.00WY5.83e+553616.5810.860.00工况验算公式验算值EXEJD/GH^21.99EYEJD/GH^22.11基于地震作用的刚重比验算工况验算公式验算值WXEJD/GH^21.93WYEJD/GH^22.03基于风荷载作用的刚重比验算抗倾覆验算钢框架—钢板组合剪力墙结构钢框架+钢板组合剪力墙结构体系工程应用7、竖向构件地震剪力X向地震下剪力简图Y向地震下剪力简图钢框架+钢板组合剪力墙结构体系工程应用8、0.2V0调整系数0.2V0调整系数简图9、剪重比地震各工况剪重比简图钢框架—钢板组合剪力墙结构钢框架—钢板组合剪力墙结构三、钢框架—防屈曲支撑结构（多层办公楼）效果图中冶京诚亦庄办公区扩建工程方案设计总平面图中冶京诚亦庄办公区扩建工程方案设计一、结构体系（设计楼）——钢架-支撑结构框架-支撑体系（防屈曲支撑）框架-支撑体系（防屈曲支撑）总用钢量（t）1245单位用钢量（不含节点）（kg/m2）55.0柱截面及材质1、H350X350X12X252、H400X350X30X36（外支撑）3、H400X400X40X40（内支撑）Q460B梁截面及材质H600X150X9X13（外框）H700X200X10X16（内框）H700X200X10X16（横主框）H700X200X10X16（次），Q345B支撑形式、截面及材质防屈曲H250X250X16X16，Q345B优化框架-支撑体系（防屈曲支撑）钢框架—防屈曲支撑三钢体系：柱：高强钢Q460梁：普通钢Q345防屈曲支撑：低屈服点钢LY160充分发挥高、中、低强度钢各自的优势。二、楼板——桁架钢筋混凝土叠合板1.底板厚度60mm，叠合层厚度为70mm，总厚度130mm，板跨度4.0m，单向板布置；2.根据15G366-1图集选用DBD67-42xx-1；3.纵向受力钢筋三级钢�8@200，分布钢筋6@200；4.桁架高度80mm，上弦钢筋直径10mm，下弦钢筋8mm，腹杆钢筋6mm；5.楼板砼强度采用C30；三、节点设计技术先进与国际接轨，经济性好。施工速度快涂装、运输方便四、外墙——单元式幕墙陶板参数：最大：500x1200重量：42.2Kg/m2造价：250元/m2防火等级：A级重庆大学图书馆五、内隔墙——轻钢龙骨石膏板•轻钢龙骨石膏板内墙体系—技术成熟、安全可靠•1h耐火极限轻钢龙骨间隔墙普通房间隔墙、房间走道隔墙•2h耐火极限轻钢龙骨间隔墙楼梯间隔墙、电梯井隔墙•3h耐火极限轻钢龙骨间隔墙机房隔墙、防火墙六、其他技术——钢结构开孔梁+BIM机电综合1梁端有足够长度的实腹截面；2强柱弱梁，尤其是中柱。项目名称结构形式有无吊顶层高净高备注国贸三期写字楼钢结构有4.28m2.80m330m超高层财富中心二期钢结构有4.18m2.75m258m超高层部分架空地板部分铺砖中海紫御商业楼钢筋混凝土有3.85m2.80m国瑞办公楼混合结构有4.50m3.00m180m超高层一办办公楼钢筋混凝土有3.60m2.70m无新风系统一办扩建办公钢结构无3.60m梁下2.73m梁高700面层按50厚铺装预估架空地板面层最少80铺地毯面层最少70北京、上海主流写字楼净高2.8米，层高最少约4.1-4.2米。《办公建筑设计规范》中办公室的净高应满足：一类办公（特别重要，100年或50年）建筑不应低于2.70m；二类办公（重要，50年）建筑不应低于2.60m；三类（普通，50年或25年）办公建筑不应低于2.50m。七、经济性分析中冶京城亦庄办公区办公楼加建项目估算（钢结构.）.xls中冶京城亦庄办公区办公楼加建项目估算（混凝土）.xls形式普通混凝土钢结构钢结构+单元式幕墙投资估算（亿元）2.2062.3222.455单平米造价（元/m2）421044304700投资比较100%105%111%品质区别跨度大空间大空间现浇装配装配无砌筑四、钢框架—支撑+隔震结构（医院）软件概一、工程概况软件概软件概软件概软件概类型ESB300LRB600LRB700LNR700LNR800合计数量3506102392单价16500122002500025000325001,807,000软件概软件概类别隔震方案常规方案主梁(t)686738柱(t)710758支撑(t)156156合计(t)15531652单位用钢量(kg/m2)37.4439.83软件概（a）隔震方案（b）常规方案最大层间位移角简图软件概优点缺点单独设隔震层方案（1）下支墩混凝土柱最大长度约为1100mm；（2）隔震支座易锚固；（3）隔震层刚度较大，易满足设计要求；（1）空间利用率较低；不单独设隔震层方案（由地下一层兼顾）（1）空间利用率较高；（1）下支墩混凝土柱最大长度约为1300mm；（2）隔震支座需与钢结构螺栓连接；（3）隔震层刚度较弱，需要在支墩顶部增加拉梁；五、钢框架—偏心支撑结构（220m高办公楼）长春国际金融中心（钢框架—偏心支撑结构（213m高写字楼））1、工程概况建筑群西北视图长春国际金融中心项目位于长春市市中心,占地面积大约36,000平米,包括7座塔楼,最高的一座A座为办公建筑,包括地上45层,地下4层,建筑面积约7.8万平米,建筑高度为213米。1、工程概况1.1项目概述其它层平面图结构高宽比外形（用平均宽度）内筒924.71、工程概况1.5风荷载由于结构高度较高，主体结构承载力极限状态计算采用100年一遇基本风压0.75kN/m21、工程概况1.6地震作用抗震设计将主要依据中国《建筑抗震设计规范（2008年版）》(GB50011-2001)。根据《抗规》该场地的抗震设防烈度及场地类别规定如下：（1）抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度=0.1g。（2）建筑场地类别II类场地，设计地震分组第一组，Tg=0.35秒；（3）本结构为钢结构，结构阻尼比取为0.02（小震）和0.05（大震）；1、工程概况1.7验算要求1.7.1抗震性能地震烈度水准多遇地震罕遇地震性能水平定性描述不损坏不倒塌层间位移角限值1/3001/501、工程概况1.7验算要求1.7.2抗风性能控制项目目标层间位移角限值1/400顶层质心顶点位移限值1/500H横风向和顺风向顶点加速度限值0.28m/s22、方案演变与研究混凝土结构方案方案演变路线图混合结构方案纯钢结构方案方案1-密柱双支撑方案2-密柱单支撑加伸臂方案3-非密柱双支撑方案4-非密柱单支