1、第 53 卷 第 3 期2023 年 2 月上建 筑 结 构Building StructureVol.53 No.3Feb.2023DOI:10.19701/j.jzjg.LS220290 第一作者:第一作者:谢龙宝,硕士,高级工程师,主要从事结构装配式的设计和研究工作,Email:863890289 。基于某高烈度区地铁上盖建筑的装配式钢结构体系的研究谢龙宝1,冷冬梅1,李 靖1,刘亦亨1,毛 刚2,李洪求1(1 北京维拓时代建筑设计股份有限公司,北京 100025;2 京投集团,北京 100013)摘要:传统高烈度区地铁上盖建筑采用装配式混凝土结构体系,存在刚度突变、必须采用隔震层、结构
2、超限及建设成本较高等问题。提出了一种适用于高烈度区地铁上盖建筑的装配式钢结构体系,包括主体结构和围护结构配套体系。通过对比装配式钢结构与装配式混凝土结构的结构性能、建造成本等,得出装配式钢结构在一定程度上避免了结构超限问题,不仅能大幅降低盖下和盖上的建设成本,还能满足建筑大开间灵动性及后期改造的需求。在此基础上,进一步取消高烈度区装配式钢结构体系与盖下间的隔震层,通过大震弹塑性计算分析,证明取消隔震层后的装配式钢结构体系在罕遇地震下仍有很好的抗震性能,且可节约综合建造成本,对现有的装配式政策及地铁上盖建筑市场需求具有很高的适应性。关键词:地铁上盖;装配式结构;钢结构;隔震层 中图分类号:TU3
3、52.1 文献标志码:A文章编号:1002-848X(2023)03-0087-05引用本文 谢龙宝,冷冬梅,李靖,等.基于某高烈度区地铁上盖建筑的装配式钢结构体系研究J.建筑结构,2023,53(3):87-91.XIE Longbao,LENG Dongmei,LI Jing,et al.Research on fabricated steel structure system based on a TOD subway in high intensity areaJ.Building Structure,2023,53(3):87-91.Research on fabricated st
4、eel structure system based on a TOD subway in high intensity area XIE Longbao1,LENG Dongmei1,LI Jing1,LIU Yiheng1,MAO Gang2,LI Hongqiu1(1 Beijing Victory Star Architectural&Civil Engineering Design Co.,Ltd.,Beijing 100025,China;2 Beijing Investment Group,Beijing 100013,China)Abstract:The fabricated
5、concrete structure system used for transit-oriented development(TOD)subway in the traditional high seismic intensity area has some problems,such as sudden change of stiffness,the need to use isolation layer,structure overrun and high construction cost.A fabricated steel structure system for TOD subw
6、ay in high seismic intensity area was proposed,including the main structure and the supporting system of enclosure structure.By comparing the structural performance and construction cost of fabricated steel structure and fabricated concrete structure,it is concluded that fabricated steel structure c
7、an avoid the problem of structural overrun to a certain extent,which can not only significantly reduce the construction cost under and above the cover,but also meet the flexibility of building large space and the needs of later transformation.On this basis,the isolation layer between the fabricated
8、steel structure system and the lower cover in the high intensity area was further removed.Through the rare earthquake elastic-plastic calculation and analysis,it is proved that the fabricated steel structure system without the isolation layer still has good seismic performance under rare earthquakes
9、,can save the comprehensive construction cost,and has high adaptability to the existing fabricated policy and the market demand for TOD subway.Keywords:transit-oriented development subway;fabricated structure;steel structure;isolation layer 0引言 随着国内各大城市地铁交通的蓬勃发展,城市土地寸土寸金,地铁上盖建筑(TOD)逐年增多。随着国家大力推广装配式建
10、筑,TOD 的装配式设计也成为近年来研究的热点1。目前,TOD 的结构体系多采用混凝土结构,并设置隔震层2。本文以某高烈度区 TOD 项目为例,通过对比装配式钢结构与装配式混凝土结构方案下的结构功能和建造成本等方面,对 TOD 的装配式设计进行优化,给出经济合理的装配式钢结构方案。1工程概况 本项目为 TOD 住宅项目,设计层高 2.9m,层数为 11 层,每 3 个单元为 1 塔。车库顶处为隔震转换夹层,转换层夹层下为地铁运用机库,隔震转换夹建 筑 结 构2023 年层以上按不考虑地铁影响的普通项目设计,项目整体结构剖面示意图见图 1。图 1 整体结构剖面示意图项目为标准设防类建筑,设计基准
11、期为 50 年,抗震设防烈度为 8 度(0.2g),场地类别为类,设计地震分组为第二组。基本风压为 0.45kN/m2。2TOD 装配式钢结构体系2.1 主体结构体系 主体结构采用钢框架-支撑体系3,并设置隔震支座形成隔震层。钢框架采用扁柱窄梁体系,梁柱全部藏于墙体内部,控制柱距。框架柱采用矩形薄壁钢柱,结构梁采用窄翼缘 H 型钢梁,支撑采用宽厚比较小的紧凑截面-窄翼缘 H 型钢,适当放宽长细比,提高支撑框架的延性,使支撑及其连接的节点具有较高的低周疲劳寿命,不因发生断裂而退出工作4。因建筑功能需求,支撑一般布置在分户墙、山墙位置,并且完全隐蔽,纵向斜撑采用跨门支撑,以解决纵向支撑不易布置的难
12、题。楼板采用钢桁架楼承板(可拆卸)形式,板厚(h)除特殊大开间取120mm,其余均取为 100mm。钢框架-支撑方案结构平面布置及计算简图分别见图 2、3,构件信息见表 1。表 1 钢框架-支撑方案构件信息(上部结构统计)构件截面尺寸/mm质量/t材质钢柱40016020204001602020118.8759.43Q345Q345钢梁H4001601610144.25Q345支撑160160121228.51Q345图 2 钢框架-支撑方案结构平面布置图2.2 围护墙和内隔墙体系 目前国内住宅常用的围护墙和内隔墙包括传统“砌筑”的加气混凝土砌块、页岩砖等,以及“非砌筑”的加气混凝土(ALC)
13、条板墙、水泥条板墙等。本项目主要采用 ALC 条板墙。外墙采用 200mm 厚 ALC 条板可内嵌布置,避免室内露梁柱;外装饰采用保温装饰一体板,采用新构造及新型挂件节点,解决渗漏问题,外围护体系现场及节点示意详见图 4、5。图 3 钢框架-支撑方案结构计算简图图 4 外围护体系现场示意图图 5 外围护体系节点示意图门窗框设计时控制梁高,提前考虑窗户及窗框、门及门框尺寸,优化节点做法,提高施工效率,ALC 条板墙与主体结构连接详见图 6。钢框架加支撑刚度较大,为加大安全度,层间位移角按不大于 1/400 控制,ALC 条板墙与主体结构采用柔性新型滑动 S 板节点连接,可接受的最大88第 53
14、卷 第 3 期 谢龙宝,等.基于某高烈度区地铁上盖建筑的装配式钢结构体系的研究图 6 ALC 条板墙与主体结构连接层间位移角为 1/100。内墙分户墙采用 200mm 厚ALC 条板,隔声性能大于 46dB,保证良好隔音效果。分室墙及钢结构支撑处采用 86mm 厚轻钢龙骨墙体,节省空间,充分结合装配式内装修实现管线分离。2.3 TOD 装配式钢结构方案的装配式评价 基于装配式建筑评价标准(GB/T 511292017)对 TOD 装配式钢结构方案进行装配式评价,主体结构共得 50 分,围护墙及内隔墙得 10 分,装修和设备管线得 6 分,总得分为 66 分,可以达到 A 级(6075 分)评价
15、标准,具体得分见表 2。表 2 TOD 装配式钢结构方案装配式评价得分评价项(满分)评价项得分主体结构(50 分)柱、支撑、承重墙板等竖向构件30梁、板、楼梯、阳台空调板等构件20外围护墙和内隔墙(20 分)非承重墙围护墙非砌筑5围护墙与保温、装饰一体化0内隔墙非砌筑5内隔墙与保温、装饰一体化0装修和设备管线(30 分)全装修6干式工法楼面、地面0集成厨房0集成卫生间0管线分离0装配率663TOD 装配式钢结构与装配式混凝土结构方案对比分析 高烈度区 TOD 装配式钢结构方案在装配式评价、抗震性能、成就建筑功能及建造成本等方面均有优势,本节从上述四个方面将其与常规的 TOD 装配式混凝土结构方
16、案进行对比分析,两种结构方案均考虑采用隔震支座。TOD 装配式混凝土结构方案采用装配整体式剪力墙结构体系,其竖向构件为预制 PC 墙板体系,预制墙体外墙厚 220mm、内墙厚 200mm,水平连接预留 600mm 现浇缝以便施工时保证结构整体性,装配式预制墙体布置见图 7。水平构件采用预制叠合楼板,板 厚 130mm(预 制 板 厚 60mm,现 浇 板 厚70mm),墙顶预留 140mm 现浇段保证楼板同墙体能够有效连接。除设备井、电井开洞以及楼梯间平台板处采用现浇板处理外,其余楼板均为预制叠合板,布置见图 8。图 7 装配式预制墙体布置图图 8 装配式叠合楼板布置图3.1 装配式评价对比 基于国标装配式建筑评价标准(GB/T 51129 2017),装配式混凝土结构方案的装配式评价得分为 54 分,见表 3,远低于装配式钢结构方案(66分),主体结构相差 12 分。3.2 整体指标及抗震性能对比分析 装配式钢结构楼层质量仅约为装配式混凝土结构的 60%(表 4),结构自重大幅减少,降低了地震作用效应,对地铁下盖、隔震支座及转换层设计5降低了很大的难度,同时可以节约下盖和转换隔震层的
