SteelConstruction.2006(4)，Vol.
21，No.
87
工程设计
表1
楼盖结构材料用it
结构方案选择
3.1
杭侧力结构方案
根据建筑平面设计及考虑结构抗侧能力，采用
框架一核心筒结构。建筑主体高度186m，按照《高
层建筑混凝土结构技术规程》(
JGJ3一2002)(以下
简称“高规”)规定，已超过普通钢筋混凝土最大适用
高度。同时，由图1可看出，核心筒周边柱距较大
(最大柱距13m)，经初步计算，最大柱底内力达
68000kN，若采用普通钢筋混凝土结构，混凝土强
度等级按C60考虑，底层柱截面为1800mmX
1800mm，占用了较大的建筑使用面积，直接影响
了建筑功能;同时，柱的剪跨比过小，必然使其延性
变差。综合以上因素，考虑到型钢混凝土结构具有
更大的结构承载能力及良好的结构延性，决定主体
结构采用型钢混凝土柱一钢筋混凝土筒体结构。
型钢混凝土底层柱的截面外包尺寸为
1400mmx1400mm，为充分发挥框架柱的延性，
提高其承载能力，内部的型钢芯柱采用方形钢管，截
面尺寸为900mmX900mmX40mm，由Q235钢板
焊接而成，含钢率为7.3%;外围竖向钢筋采用32
$36，配筋率为1.67%;箍筋采用R2@100mm，体
积配箍率为0.69%。核心筒采用普通钢筋混凝土，
在筒体四角及型钢混凝土梁与筒体交接处设置型钢
柱，保证混凝土筒体具有足够的延性，避免混凝土筒
体墙在弯曲时发生平面外错断，同时也能减少钢柱
与混凝土筒体之间的竖向变形差异产生的不利影
响。
3.2
楼板结构方案
标准层层高4m，根据建筑功能要求，最后使用
空间净高不得小于2.8m(吊顶装修后)。综合建筑
及设备管道安装情况，结构预留高度不能超过
750mm，按照此要求，选择了普通钢筋混凝土宽扁
梁、钢梁叠合板、现浇大块空心板(GBF),型钢混凝
土组合梁结构、无粘结预应力变截面厚板等多种楼
盖体系方案，对每种楼板体系的混凝土折算厚度、用
钢量等经济指标进行比较(表1)0
从经济性、工期、施工控制、技术可行性等各方
面综合比较后，最终采用型钢混凝土组合梁楼盖体
系。型钢混凝土梁的截面外包尺寸为 600 mm X
700 mm，内部钢梁采用工字钢，截面尺寸为500 mm X
250 mm X 28 mm，含钢率为 6.7%。
名称
平面布置
形式
混凝土
折算厚度
/ 山m
钢材用量/
(喊.m一2)
结构重量/
(N-m一2)
几‘
Q于
‘J
nO
，1
nl
，1
1~
飞︶
门j
，1
扁梁及平板
8 5 40
弓J
钢梁叠合板
GBF 大块单
向空心平板
变厚度预
应力平板
钢混组合梁
混凝土平板
每柱网布置
2 根扁梁
每柱网布置
2 根钢梁
大块空心平板
变厚度平板
4 8 . 5
32
每柱网布置
t 根组合梁
结构计算分析
4.1
计算原则
根据“高规”规定，对超高层建筑的分析，应符合
下列要求:1)应采用至少两个不同力学模型的三维
空间软件进行整体内力位移计算;型钢混凝土构件
宜按实际情况直接参与计算。有依据时，也可等效
为混凝土构件进行计算，并按有关规范进行截面设
计;2)抗震计算时，应考虑平扭藕联计算结构的扭转
效应，振型数不应小于 15，多塔楼结构的振型数不
应小于 9 倍的塔楼数，且计算振型数时应使振型参
与质量不小于总质量的 90%;3)应采用弹性时程分
析法进行补充计算;4)宜采用弹塑性静力或动力分
析方法验算薄弱层弹塑性变形。
本工程采用 SATWE 和 ETABS 两种不同计算
模型的计算分析程序，对该工程进行了弹性及弹塑
性分析，计算中采用弹性分析控制平动、扭转等建筑
主体的各项整体指标;采用弹性时程分析法进行多
遇地震下的补充计算;采用弹塑性分析法确定薄弱
层位置，进行薄弱层变形验算并予以加强。
4.2
主要计算参数
振型分解谱法进行抗震设计分析时分别采用了
SATWE 和ETABS 程序。主要计算参数:结构重要
性系数取 1.0;振型组合采用 CQC 法;计算振型数
取 36;活荷质量折减系数取 0.50;结构的阻尼比取
0.05;地震力作用修正系数取 1.0.
多遇 地 震 作 用 下 结 构 弹 性 时程 分 析 采 用
SATWE程序，地面最大加速度0.35 m/s' ;地震波
根据场地特征周期 0.35 s，选用两组天然波，一组人
工波;地震力作用修正系数取 1.0.
Pushover 法静力 弹塑性地震反应分析采用
ETABS 程序，取三维空间结构模型，塑性铰设置:所
有梁端设置弯曲铰，所有连体构件两端设置弯曲铰，
底层柱柱底设置弯曲铰、剪切铰、轴力铰，底部一、二
姻结构
2006 年第4 期第21卷总第87 期
旭 : 某超 高层写字楼型钢 混凝 土结构设计
层剪力墙设置剪切铰;非地震荷载:竖向恒载、活载;
结构等效阻尼比取 0.05;水平地震作用取 X , Y 双
向地震作用;水平地震力分布形式，Y 向:第一阶振
型，X 向:第二阶振型;监控条件:顶层位移;评价方
法:能力谱法。
4.3
弹性静力整体分析
主要弹性静力整体计算结果如表 2，计算结果
表明，两种程序分析得出的结构反应特征、变化规律
基本吻合，说明所选程序对结构的空间分析能正确
反映结构的内力和变形情况 ，各项指标均能满足规
范要求。
4.4
弹性时程分析计算结果
采用 SATWE 程序进行多遇地震作用下结构弹
性时程分析补充计算时，每条时程曲线计算所得的
结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法求得的底
部剪力的65
，多条时程曲线计算所得的结构底部
剪力平均值不应小于振型分解反应谱法求得的底部
41c
，，， 1 ，
41,
剪力的 8096。弹性时程分析计算结果曲线如图 20
表 2
弹性静力整体计算结果
参数
SA T W E
基本周期 /s
地震作用下
最大层间
位移角
地震作用下最
大扭转位移比
风作用下最大
层间位移角
结构总重力/
kN
总地震作用
力/A N
底部地震倾
覆力矩/
T, = 4.394 扭转周期/ 平T, = 4.329 扭转周期/平
T2二3.356
动周期=
TZ = 3.273 动周期二0.39
T3= 2.249
0.51
T3= 1.684
1/ 1 9441/ 1 2231/ 1 952
1/ 1 29 1
(X 方向)
( Y 方向)
(X 方向)
( Y 方向)
1 .2 9
1 . 0 11 .3 2
1 . 0 4
1/ 16 13
(X 方向)
1/ 928
( Y 方向)
7 3 0
1/ 2025
( X 方 向)
1 4 19
1 2 82
1/ 1157
( Y 方向)
140
22 7 16
(X 方向)
2 063 538
(X 方向)
19 837
( Y 方向)
1 649 224
( Y 方向)
17 450
(X 方向)
1 54 5 7 56
( X 方 向)
16 287
( Y 方向)
1 380 111
( Y 方 向)
(kN"m)
注:其余的各项指标 ，例如:柱、墙的轴压比均满足规范要求。
4 1 c .}。
4 1} 。.
3/2- 114 4
2}
3 2 4 1 5
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举 〔习;
3)产邓
‘七卜卜‘‘L‘七.
迎擎
0224 56 790
0224 56 7
01/800 1/400
1/1 600
X方向最大楼层位移/mm
Y方向最大楼层位移
41 二
90
/mm
X方向最大层间位移角/rad
01/800 1/4001/200
1/ 1 600
Y方向最大层间位移角had
41.
迎 卜 3
7k1 2
A . 5
2}
U-
2\ \ _4\ } Z5
〔)
S 6 8 5
1 1 3 7 0 170 5.5 2 2 74 00
X方向最大楼层剪力/kN
4 965
9 930 14 895 19 860
Y方向最大楼层剪力/kN
0 515 887 1031 775 1547 662 2 063 550 0
X方向最大楼层弯矩/(kN ·m)
4 12 312 824 625 1 236 9.37 16 49 250
Y方向最大楼层弯矩/(kN·m)
a一X 方向最大位移 = 72.8 mm; b一Y 方向最大位移 = 86.7mm; c一X 方向最大层间位移角二1/1 944;
d一Y 方向最大层间位移角二1/ 1 504; e- X 方向最大剪力 二22 715.7 kN; f- Y 方向最大剪力 = 19 837.7 kN;
9 一X 方向最大弯矩二2 063 538 kN "
m; h一Y 方向最大弯矩= 1 649 225 kN "
m;
1 - RH3TG035; 2 - TH2TG035; 3 - TH3TG035; 4 一平均反应;5 - CQC 法
图 2
弹性时程分析结果
从时程分析结果中可以看出，位移曲线、位移角
曲线均较光滑，说明结构刚度沿竖向变化均匀，没有
突变，结构无薄弱层。
4.5
静力弹塑性计算分析
由于本工程结构体系的复杂性，按照规范要求，
除采用两个以上的符合结构实际受力情况的力学模
型和设计程序进行了结构整体弹性计算分析外，还
采用 Pushover法进行了静力弹塑性地震反应分析，
结构分析的抗震能力见表 30
根据计算分析，有如下主要结论:
结构 Y 向、X 向的结构能力谱均与结构需求谱
相交，表明结构的抗倒塌能力足够，能够抵抗罕遇地
Steel Construction. 2006 (4) ，Vol.
21，No.
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工程设 计
表 3
结构分析的抗盆能力
需求谱与能力谱的平衡点(罕遇地震)
能力谱极限值
塔楼
方 向
谱加速度
S./
(til.S- 2)
0 .0848
0 . 10 18
谱位移
S d/mm
基底剪力
V A N
顶层位移
D / mm
最大层间
位移角/
rad
谱加速度极
限值 Sd.- /
谱位移
极限值
S a.二 /山m
顶层位移
极限值
D~ / 币m
最大层间
位移角/
Y 向
X 向
0 .407
0 . 346
53 749
7397 1
6 19
3 5 5
1/ 206
1 / 26 2
(M"s-2)
0 .2338
0 .2878
1 .269
1 .093
基底剪力
极限值
V_ / kN
149 984
2 17 2 6 9
19 5 0
1 12 1
震作用，保证“大震不倒”;且在罕遇地震作用下( 即
平衡点)结构的最大侧向位移满足规范规定的水平
位移限值和舒适度要求(位移角不大于 1/100 rad) o
从 Pushover 分析得到的结构层位移、层间位移角以
及塑性铰的分布可知，结构在 Y 向、X 向的受力特
点相似，而且基本上没有扭转效应。
结构的第一批塑性铰出现在局部楼层梁上。随
着水平力的增大，底部剪力墙进人塑性，而且在此后
的推覆过程中，底层的剪力墙始终处于比较薄弱的
部位，但由于四周的型钢混凝土柱绝大部分没有进
人塑性，因此仍然能够继续承载。结构的最终破坏
机制为底部剪力墙达到塑性极限变形破坏。极限状
态时，筒体四周的型钢混凝土柱基本上未进人塑性。
内混凝土的浇捣质量。钢管截面削弱处，应内衬钢
板补强，焊在钢管壁上。梁柱节点做法见图 30
方钢管芯柱的采用及节点设计
5.1
方钢管芯柱的特点及安装要求
本工程型钢棍凝土柱采用方钢管芯柱，与一般
型钢混凝土柱相比具有以下优点:1) 由于钢管对其
内部混凝土的强力约束，使整个芯柱具有钢管混凝
土承载力高、延性好的特点;2)避免通常钢管混凝土
框架的复杂节点构造;3)受剪承载力高，使框架柱易
于实现“强剪弱弯”、“强节点弱杆件”的抗震准则。
施工时应注意保证正确的施工顺序和浇捣质量，使
管内混凝土和外围混凝土均衡受力，同时达到各 自
的极限受压强度，充分发挥芯柱中钢管混凝土的高
承载力。施工顺序为:1)安装核心钢管;2)浇注管中
的高强混凝土;3) 以钢管芯柱作为该楼层以上若干
楼层的施工支架;4) 当钢管芯柱所承担的楼层荷载
达到全柱设计轴压力的1/4- 1/3 时，再安装钢管外
围钢筋骨架 ，然后浇注外围混凝土。
5.2
梁与柱的连接
框架梁柱节点的连接应做到构造简单，传力明
确，便于混凝土的浇捣和配筋。梁内型钢与柱内型
钢采用刚性连接。本工程柱内型钢采用方钢管，为
方便梁纵向钢筋与柱的连接，在方钢管上预留部分
钢筋孔 ，部分梁筋直接贯穿节点区;另一部分梁钢筋
与焊接于方钢管上的钢套筒连接，钢套筒的焊接在
工厂定制。这一做法方便了施工，同时保证了芯柱
1- $30 预留钢筋孔;2- 钢筋 中25;3 一方钢管柱;4 一内衬钢板，
焊于方钢管壁上;5一钢筋套筒($25 钢筋)，在工厂焊好(塞焊) ;
6一框架梁600mm x 700mm;
7 - 型钢混凝上柱
图 3
梁与柱的连接
5.3
梁与墙的连接
本工程核心筒高宽比为 12.6，为加强结构抗侧
刚度，保证外柱与核心筒的协同工作，框架梁与钢筋
混凝土筒体的连接采用刚接。在核心筒筒体四角及
型钢混凝上梁与钢筋混凝土筒体交接处设置型钢
柱，型钢梁与墙中型钢柱采用刚性连接，梁纵向钢筋
应伸人墙中且满足锚固要求，其做法见图40
型钢混凝土墙
SRC梁内型钢
图 4
梁与墙的连接
(下转第 77 页)
钢结构
2006 年第4 期第21卷总第87 期
李克让，等:轻钢游泳馆工程的整改与修复
功除锈注意钝化剂的使用。对已经锈蚀的擦条
进行清洁、打磨、钝化处理及除尘工作以达到防腐施
工要求。对不易去除附着物的阴角、沟槽等部位涂
刷多功能金属锈蚀转化钝化剂，以彻底清除 C 型钢
表面的锈蚀物，并使得金属表面处于钝化保护状态。
2)测厚。确保数据的准确、有效。采用卡尺和
超声波测厚仪进行测厚，测厚点尽量选择在腐蚀较
严重的位置。由于锈蚀已使得某些构件(尤其是擦
条)表面存在麻点并凹凸不平，部分表面附着物也影
响测厚效果，因此应注意分析测厚仪显示数据的准
确性和有效性，必要时对测厚点应特别处理并反复
测试。对测厚数据进行分析，摸清擦条腐蚀受损情
况，决定是否加固屋面结构。
3)针对其复杂构造特点的特别处理。薄壁擦条
的防腐作业是本次整修施工的重点环节，屋面系统
的每一根擦条的每一个部位和截面都是防腐的重点
环节，因为整根擦条的某一个部位或截面一旦出现
问题，都将导致整体破坏。因此，薄壁擦条的防腐作
业除按所确定的正常工艺流程实施外，很多部位需
要特别处理，包括:
a. 进行屋面密封。屋面内层板及结构的密封
是屋面结构防腐的重要组成部分，尤其要注意擦条
上表面与采光玻璃间，擦条下表面与内层屋面板间
的交接缝要做密封，因为围绕擦条的这些部件不能
拆下而无法进行防腐处理，只有靠隔绝空气来实现
防腐。下层板所有搭接缝隙、板与结构件间韵交接
缝隙、所有连接及悬吊节点都要密封，保证游泳馆水
气与屋面内层构造隔离。处理方案为:用密封胶及
聚氨醋密封交接缝，使擦条表面与空气形成隔离，以
形成防腐环境。
b. 采光窗玻璃与屋面压型板间的交接部位存
在钢结构窗框节点和维护系统异型板窗套而难于施
工，是防腐重点。应逐层拆分细化处置，不能漏涂或
处理不当，涂刷完毕后喷涂聚氨醋实现压型钢板内层
构造的完全封闭，形成隔离、干燥的屋面系统环境。
C.
C 型钢内卷槽积水，不可采用在下肢背打孔
放水的方法以避免截面损失或缺 口效应，而采用内
卷槽满注聚氨醋的方法使之不能存水，实现与腐蚀
介质的隔离。
2.3.4 选择作业条件，实现高空作业
在游泳馆室内实现高空作业的措施方法有:
1)安装、设置特殊的高空作业装备，如:租赁、安
装轻型脚手架排栅;租用或购买铝合金脚手塔架; 自
制高空升降机具等。
2)选择专业高空作业队伍，通过吊篮、抱卡、高
空架设钢丝绳配合坐板等专业措施实现高空安全作
业 。
结合以上专业高空施工措施和搭设轻型脚手架
排栅两种方法执行高空防腐整改作业，并配合以下
成品保护措施:
a. 在游泳馆地面高空作业设施生根的部位，铺
大芯板或木料，防止地面磁砖破坏。
b. 在施工作用区周围铺设塑料纤维蓬扇，防止
地面;墙面、屋面涂料污染。
鉴于游泳馆屋面的高拱度和大弧度，对于室外
屋面的施工作业也设计制作了专用的弧型钢梯、卡
扣等施工装备，以实现室外高空安全作业。
按上述施工工艺和方案进行的某轻钢游泳馆整
修工程已经完成并投人运行，经过一个采暖季的实
际使用观察，游泳馆室内冷凝水明显减少，防腐与防
火涂层工作状态良好，消除了结构的不安全隐患，完
全达到了工程整改与修复的目的。
