高楼钢结构体系与工程实例案例

1.建筑概况

台湾高雄市霖园大饭店，地下5层，地上41层，高148m，平面尺寸为60.35m×24.4m，房屋高宽比为6.1。

2.结构体系

（1）大楼第4层和第11层结构平面如图5-36a、b所示，柱网基本尺寸为4.54m×7.1m和4.54m×9.1m。

（2）大楼抗侧力结构采用框架-偏交支撑体系。为避免全部采用钢结构使整体刚度偏小，大楼8～41层采用钢结构；1～7层采用型钢混凝土结构；地下1～5层采用钢筋混凝土结构。此外，利用第12层和第40层的设备层作为结构加劲层，整层设置支撑和带状桁架（Belt-turss System）。大楼抗侧力结构的横向和纵向剖面，分别示于图5-37a、b。

3.构件截面尺寸

（1）钢框架按照强柱弱梁耐震准则设计。8～41层，钢柱采用矩形钢管，其截面尺寸为：内柱，□850mm×70mm×50mm～□750mm×600mm×22mm；外柱，□700mm×700mm×50mm～□600mm×600mm×22mm。

图5-36 高雄市霖园大饭店结构平面

a）第4层 b）第11层

图5-37 霖园大饭店的框架-偏交支撑体系(www.xing528.com)

a）结构横剖面 b）结构纵剖面

（2）1～7层的型钢混凝土柱，混凝土截面外围尺寸为：内柱，1150mm×1000mm；外柱，1000mm×1000mm。其中型钢芯柱，采用由1个H型钢与两个剖分T型钢拼焊成的带翼缘十字形截面，H型钢的截面尺寸为：内柱，（700～850）mm×400mm×30mm×50mm；外柱，700mm×400mm×30mm×30mm。型钢芯柱与混凝土截面周边的间隙不小于150mm，以利于钢筋绑扎和混凝土浇灌。

（3）钢框架主梁采用焊接工字形截面，由8～41层，钢梁截面尺寸由1900mm×350mm×16mm×28mm逐段减小到1800mm×300mm×14mm×19mm。7层以下，型钢混凝土梁的截面外包尺寸为450mm×1100mm，其内型钢的截面尺寸为1850mm×350mm×14mm×28mm。

（4）偏心支撑的设计考虑了以下两点：①因建筑空间使用要求，八字形偏心支撑中间两个节点之间的消能梁段的长度e＞1.6M_p/V_p，超过“剪切屈服型”消能梁段的长度，故按“弯曲屈服型”消能梁段（e＞2.6M_p/V_p）进行设计；②支撑斜杆的受压承载力大于1.5倍消能梁段塑性受剪承载力，确保消能梁段屈服后斜杆不发生受压屈曲。

（5）基坑开挖深度为22.75m，采用1.0m厚、42.5m长的地下连续墙作为护壁。地下室各层楼盖采用逆作业法施工。基础桩长54m，直径为2.0m和2.4m两种。基础底板厚800mm，基础梁的截面高度为2.5m。

4.结构分析结果

（1）采用ETABS程序对大楼结构进行竖向荷载、水平地震力和风荷载作用下的构件内力和变形计算。

（2）大楼结构的纵向、横向基本自振周期分别为2.9s和3.3s。

（3）大楼位于台风区，设计用的10分钟平均风速为40.7m/s，阵风系数（Gust factor）取1.5，作用于大楼的风压，底层为1.7kN/m²，顶层为3.4kN/m²。据此，计算出的结构各楼层的层间侧移角θ列于表5-6。

表5-6 风荷载作用下的结构层间侧移角θ