住宅钢结构具有建筑空间大，空间分隔灵活，面积利用率高，自重轻，抗震性能好，工期短，节能环保等优点，愈来愈倍受建筑行业的关注，特别对于钢结构制造业，这将是一个崭新而广阔的领域，泰和花园二期16＃楼的建设是我们进入这个领域的一次很好的契机。

1 工程概况

  泰和花园二期位于杭州市萧山区国家公园南江公园附近，属于住宅黄金地段，16＃楼是其中茉莉苑五幢高层住宅之一，建筑占地面积350m²，建筑面积约6200m²，为一梯两户点式高层住宅，地下一层(平时作为地下自行车库和设备用房，战时作为人防物资库)，地上十八层(其中住宅十七层，塔楼部分为电梯机房)，基本层高3.0m，建筑总高度58m，设有两部800kg的住宅电梯。

  作为建设部科技示范工程，本项目的一个特点是：工程的内外墙体材料采用了蒸压加气混凝土(ALC)砌块，外墙200mm厚，内墙100mm厚，标准砌块长600，高300，在粘土砖被渐渐淘汰的环保趋势下，这是一种值得推荐的替代产品，它不仅有效地减轻建筑物的自重(干密度仅为粘土砖的1／3)，而且在保温，隔热，隔音性能上完全满足住宅规范的要求。

  由于是一次新的探索，而且业主要求必须保证建筑平立面与总体设计一致，这给结构体系的确定带来一定的难度，立项之初，项目组人员查阅了大量国内外技术资料，并专门组织对全国同类项目进行了考察，最后采用了框架剪力墙结构体系，剪力墙和框架柱采用型钢混凝土，而框架梁则采用型钢梁，考虑到制作加工的方便，型钢构件基本采用热轧H型钢。楼板仍然采用了现浇钢筋混凝土板。

  采用这种结构体系主要考虑它有以下的优点：

  与全钢结构相比，首先是造价低于全钢结构，而且由于有型钢混凝土剪力墙的存在，它的侧向刚度比钢框架好，另外，型钢混凝土构件满足防火要求，可避免采用昂贵的防火涂料，也比钢构件的建筑装修方便。

  与钢筋混凝土结构相比，首先是施工速度快，工期短，而且柱截面尺寸小于钢筋混凝土柱截面，提高了面积利用率，16＃楼标准层的使用面积系数为83.64%，比同样户型的钢筋混凝土结构高出3～4个百分点。另外，型钢混凝土构件的延性比钢筋混凝土好。

  至于为什么未采用型钢混凝土梁而采用了型钢梁的原因，主要是考虑到梁柱连接的构造处理以及施工的速度问题。总之，从结构而言，这是一个中庸但适用的方案。

  如图一是标准层的平面图。

图一

2 结构设计参数及计算结果

  本工程采用的分析软件是带墙元模型的SATWE，并利用TAT进行了复核。

  结构中型钢混凝土柱主要有两种，一种截面为450x450，其中型钢规格为HW250x250，另一种截面为400x400，型钢规格为HW200x200，最大钢梁为HN450x200，除剪力墙中型钢采用焊接H型钢外，其他钢构件均是热轧H型钢，牌号为Q235B。

  最高混凝土标号为C40。

  地震计算参数中，地震烈度为6度，结构阻尼比取0.04，取18个计算振型。

  以下为部分计算结果：

  第一自振周期为2.307s。

  X，Y方向的有效质量系数分别为96.46%和95.09%

  X方向偏心率为0.0003，Y方向偏心率为0.0017。

  水平位移：层间位移与层高比值的最大值为1/941。顶点位移与高度比最大值为1/1057。

3 设计难点

  尽管这种类型的结构已渐渐被行业内人士所了解，但与传统的钢筋混凝土结构或全钢结构相比，在具体实施过程中还是有一定的技术含量，这一点可以从它所涉及的国家规范上可见一斑，《高层建筑混凝土结构技术规程》中称之为混合结构，并专门有一章节介绍它，对基本构件而言，我们需要参照《型钢混凝土组合结构技术规程》，另外还有冶金部曾发布的《钢骨混凝土结构设计规程》，有些内容还涉及到《高层民用建筑钢结构技术规程》，对钢构件而言需参照《钢结构设计规范》。

  我们在具体设计过程中有以下几点需特别提出作一介绍：

（一）结构平面布置的确定

  从上面的平面布置图中我们可以看出，本工程的平面形状非常不规则，为了尽量地减小偏心率，使刚度中心与质量中心吻合，我们通过调整剪力墙的布置，先后试算了二十多种平面布置方案，因篇幅有限，这些方案在此不一一列出，最后终于得到目前这种吻合很好的结果。

（二）节点设计

  本工程钢梁与框架柱的连接采用刚接，钢梁与剪力墙的连接则采用铰接，且剪力墙中此位置布置型钢暗柱，以方便连接。

  SATWE软件仅对整个结构的进行分析设计，不包括对节点的设计。然而当前梁柱构件的截面大小虽然满足构件设计的要求，但不能满足节点的验算的要求，其中包括一些构造要求，这是一个综合判定的过程。为此，我们针对型钢混凝土框架梁柱节点开发了专门的应用程序，其中包括验算框架节点的受剪承载力，节点的梁柱受弯承载力之和之比，柱截面配箍率及体积配箍率，型钢含钢率等指标是否满足规范要求。这个模块是用来判断梁柱截面是否合适的，另外还有专门针对钢梁与柱的栓焊刚接及铰接节点的高强螺栓设计的模块，以及埋入式柱脚的计算模块等等。因此大大地缩短了我们的结构设计周期。

（三）钢结构部分防火设计

  钢柱由于外包混凝土可保证防火性能，对于钢梁腹板两侧采用50～100厚加气混凝土砌块填充，下翼缘裸露部分喷涂15mm厚涂型防火涂料。

（四）构造

  在框架节点设计上，由于结构平面的复杂性，考虑到经济指标，使得型钢梁的规格随不同的跨度而多样，这给空间框架节点区构造带来了一定的麻烦，四周梁高的不同使得加劲复杂起来，也给后续的制作安装带来了不便。这是由于考虑造价带来的负面作用。

  另外在阳台的悬臂梁与框架柱及短肢剪力墙中型钢暗柱的连接处理上；钢方管弧形梁与型钢混凝土柱的连接处理，我们都经过了反复斟酌。

4 设计上需改进的地方

  目前该工程已顺利完工，通过现场的反馈我们得知，在施工过程中，由于截面小，加上型钢及栓钉的影响，给混凝土的浇筑和振捣带来了很大的不便。

5 经济指标对比分析

  与16＃楼同期施工的12＃楼，在楼层户型等方面与16＃楼接近，它采用的是传统的钢筋混凝土结构，下表1对这两栋楼作一比较：

表1： 16#楼与12#楼经济指标对比

注：1、钢材及混凝土用量中包括上部结构，人防地下室及桩基工程。

  2、综合造价包括土建、给排水、暖通、电气、弱电等。

  3、型钢用量包括型钢、节点、栓钉、予埋件等。

  在单方造价上，16＃楼比12＃楼稍高，主要原因是16＃楼的既定的建筑平面布置使钢结构在用钢指标上的优势没充分发挥，但考虑到围护结构的墙体材料，粘土砖将彻底被新型墙体材料所代替等因素。钢结构在住宅中的应用前景将十分看好。

参考文献

[1] 陈富生，邱国桦，范重. 高层建筑钢结构设计. 中国建筑工业出版社

[2] 高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE. 中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部