商业综合体框架结构和框剪结构经济性对比分析

商业综合体框架结构和框剪结构经济性对比分析

发布时间：2012-05-24 作者：王家林黄春林来源：万达规划院结构所

0. 引言：

城市综合体中的大商业项目，平面尺寸约130mx80m，建筑高度约35m，一般可考虑采用框架，框架-

剪力墙结构体系。选择哪种结构体系，主要考虑以下两方面因素：一方面是建筑功能布置要求，另一方面是工程造价因素。

本文假定建筑功能均能满足要求，仅从工程造价方面分析框架和框剪结构的经济性指标，按照2010版新规范，对两种结构形式分别建立典型结构模型，根据计算结果总结归纳，为方案阶段结构体系的确立提供参考意见。

1. 框架结构计算

针对大商业结构的特殊性，建立结构模型平面尺寸1~4层约为134.4mx84m，5、6层为134.4mx50.4m，标准柱网尺寸8.4mx8.4m，地上6层，首层层高5.7m，2~6层层高5.1m，结构平面及模型详见见图1.1和图1.2。

图1.1 结构平面图

根据《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）第6.0.5条，确定设防类别为重点设防类，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011- 2010）表6.1.2确定工程结构抗震等级，见表1.1所示。

框架结构结构计算分析有如下原则：（一）在不同的地震力作用下，框架柱截面按轴压比控制；（二）框架梁、次梁配筋率按1%~1.5%控制；（三）场地类别均按II类，钢筋按HRB400级；（四）结构周期，位移比，承载力均满足规范。

按以上几点原则计算，对比不同地震力作用下结构的砼，钢筋用量见表1.2所示。

2. 框剪结构计算

框剪结构的平面布置同框架结构一致，仅按照较为理想的情况均匀的布置了一定数量的墙体，确保底层墙体的抗倾覆弯矩大于50%。具体的结构模型见图2.1，图2.2所示。

根据《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）第6.0.5条，确定设防类别为重点设防类，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011- 2010）表6.1.2确定工程结构抗震等级，见表2.1

框剪结构计算分析有如下原则：（一）确保结构位移满足规范要求1/800；（二）结构的墙体数量，开洞数量经过优化，确保没有过多布置墙体，如7,8度设防时，结构位移比不小于1/1100；（三）底层框架在规定的水平力作用下承担的地震倾覆弯矩不超过50%；（四）场地类别均按II类，钢筋按HRB400级；（五）结构的周期，扭转周期比，承载力等均满足规范要求。

按以上几点原则计算，对比不同地震力作用下结构的砼，钢筋用量见表2.2所示。

3. 框架和框剪结构经济性对比

根据以上材料用量统计，提取主要的用钢量对比（梁、柱、墙用钢量除以总建筑面积），对比结果见表3.1所示。

从以上对比结果可以发现：

（一）6度设防时，框架部分的抗震等级分别为三级和二级，框架和框剪结构用钢量的相对差值较大，绝对差值不大，；

（二）7度设防时，框架部分的抗震等级分别为二级和一级，框架和框剪结构用钢量的相对差值和绝对差值均较小，跟框架结构相比，框剪结构由于墙体的增加导致的用钢量的增加和框架部分减少的用钢量基本相当；

（三）8度设防时，框架部分的抗震等级均为一级，框架结构和框剪结构用钢量的相对差和绝对差均比较明显。

4. 工程实例

广州某商业建筑工程概况如下：地上建筑5层，地下室2层，地上层高5.1m，建筑高度约26米，建筑平面尺寸约200mx100m，抗震设防烈度为7度(0.1g)，分别采用框架结构、少墙框架结构和框剪结构进行计算，结构模型见图4.1和图4.2所示。

经结构计算，对比以上两种结构体系的经济指标，见表4.1所示：

综合以上比较分析，本工程采用三种不同的结构形式的经济指标非常接近，框剪稍经济，框架次之，少墙框架稍差。与之前的试算模型计算结论比较接近。

5. 结论

以上就框架结构和框剪结构的经济性进行了基本的模型试算，并补充分析了某具体工程实例，从计算分析的结果基本可以得出如下结论：

（1）低烈度（6度）设防地区，采用框架结构和框剪结构的经济指标的相对接近，用钢量的绝对差值取决于墙体的数量。采用框架结构即可为结构提供足够的抗侧刚度，如增加墙体，则基本为构造配筋，墙体的作用不明显。

（2）中烈度（7度）设防地区，采用框架结构和框剪结构的经济指标非常接近。当结构的布置不同时，有时框架结构略经济，有时框剪结构略经济；

（3）高烈度（8度）设防地区，采用框架结构的经济性明显好于框剪结构。由于高烈度地区，墙体数量及配筋均较大，导致墙体的配筋的绝对值较大。

（4）大商业项目当采用框剪结构体系时，墙体的布置一般比较受限制，而在抗侧刚度不足时，墙体的数量又无法减少。从建筑功能角度和控制成本的角度，采用框架结构为优选的结构体系，若因为大空间的影院，采光顶等无法提供足够的抗侧刚度时，可考虑采用框剪结构体系。