異形柱鋼結構體系在保障性住房建設中的應用與實踐報告人：鄭培壯大元建業集團股份有限公司2019年6月報告內容：一、項目背景二、重點節點構造及技術指標三、異形柱組合結構在福康家園項目的實踐四、異形柱組合結構的優勢與體會五、結構體系的升級與改進措施

1、《國務院關于化解產能嚴重過剩矛盾的指導意見》（國發【2013】41號）：推廣鋼結構在建設領域的應用，提高公共建筑和政府投資建設領域鋼結構使用比例，擴大鋼材、水泥、鋁型材、平板玻璃燈市場需求。

2、《河北省關于開展綠色建筑行動創建建筑節能省的實施意見》（冀政辦【2013】6號）：推廣適合工業化生產的預制裝配式混凝土結構、鋼結構等建筑體系。加快發展建設工程預制和裝配技術。

3、《河北省“十二五”綠色建筑和綠色生態城區發展規劃》（冀建科【2013】19號）：大力推進住宅產業化，推廣適合工業化生產的預制裝配式混凝土結構和鋼結構建筑體系。

4、地方政府支持，同政府合作承建鋼結構公租房住宅小區。2014年4月，住建局局長組織行內主管領導、專家聽取了我公司擬建造鋼結構住宅的專題匯報，會議認為：鋼結構住宅符合國家節能減排環保產業政策，在諸多方面有突出的優勢，但在防火、防腐和使用功能方面還有諸多疑問，有待進一步調研。

一、項目背景融合了純鋼結構與混凝土結構的優勢：將鋼材受拉性能高和混凝土受壓性能好的優點巧妙的融合，具有承載力高、塑性和韌性好、抗震性能好、耐火性強。能夠適應現代結構工程向大跨、高聳、重載發展和承受惡劣條件的需要。建筑效果好：可隱藏于墻體內部，室內不露柱子凸角。形式、布置靈活：截面形式靈活，可根據實際工程需求，靈活調整單肢柱的間距，既增大了房屋的使用空間，又提高了建筑室內空間美感。綜合性能好：方鋼管混凝土組合柱，相比鋼筋混凝土結構，減小了柱截面尺寸，相同柱截面時，繼有鋼管混凝土結構的各種優點，諸如塑性和韌性好、抗震性能、耐火性強等，且各單肢通過綴件連接形成的格構式空間桁架結構形式，進一步提高了組合柱的抗側力能力。5、結構選型（天津大學鋼管混凝土組合異形柱體系）建筑工程抗震設防分類標準GB50223-2008建筑結構可靠度設計統一標準GB50068-2001混凝土結構設計規范GB50010-2010建筑結構荷載規范GB50009-2012建筑地基基礎設計規范GB50007-2011建筑抗震設計規范GB50011-2010鋼結構設計規范GB50017-2003砌體結構設計規范GB50003-2011混凝土結構工程施工質量驗收規范GB50204-2002(2011年版)冷彎薄壁型鋼結構技術規范GB50018-2002鋼結構焊接規范GB50661-2011鋼結構工程施工質量驗收規范GB50205-2001熱軋H型鋼和剖分T型鋼GB/T11263-2010高層民用建筑鋼結構技術規程JGJ99-98高層建筑混凝土結構技術規程程JGJ3-2010輕型鋼結構住宅技JGJ209-2010術規程型鋼混凝土組合結構技術規程JGJ138-2001鋼結構高強度螺栓連接的設計、施工及驗收規程JGJ82-2011鋼結構住宅設計規范

CECS

261-2009高層建筑鋼-混凝土混合結構設計規程CECS230：2008矩形鋼管混凝土結構技術規程CECS159：2004《鋼結構住宅設計規范》10.1.4條條文說明：天津大學經過試驗研究，提出了由小截面方鋼管組成的L形、T形截面鋼管混凝土組合柱，具有較好的承載能力。設計規范、技術規程已建相關工程汶川映秀鎮漁子溪村民居工程，241棟北京順義民居——十二五國家科技支撐項目示范工程河北易縣易水嵐庭鋼結構住宅二、設計重點節點構造及技術指標1、梁柱節點構造做法：外肋環板和貫通隔板梁、柱采用外肋環板和貫通隔板2、支撐節點參考圖集《柱間支撐》（11G336）中圓鋼管支撐插板節點做法，參考《高層民用建筑鋼結構技術規程》、《建筑抗震設計規范》以及《鋼結構設計手冊》中支撐節點設計，在圓鋼管支撐插板節點基礎上進行改進，加強了連接的強度與剛度，設計出方鋼管支撐節點。《柱間支撐》中圓鋼管支撐插板節點做法本項目支撐節節點做法3、三板選擇堅盾板蒸壓砂加氣混凝土板材AAC蒸壓加氣混凝土砌塊CS墻板玻纖水泥板聚苯保溫復合板墻板SPD疊合板PK預應力疊合板鋼筋桁架樓承板樓板壓型鋼板樓承板現澆混凝土樓板4、防火做法：：異形柱和梁梁采用AAC蒸壓砂加氣混混凝土防火板板（50mm）足尺耐火試驗驗（國家固定滅火火系統和耐火火構件質檢中中心）試驗結果：1、超過3小時柱未發生生失穩破壞現現象2、柱子軸向壓壓縮變形為1.7mm，未發現明顯顯側向變形3、外包防火板整整體情況比較較完好，未出現明顯顯大面積剝落現現象，也未出出現裸露鋼結構柱柱的情況。5、設計技術指指標(1)18層結構采用鋼鋼框架-支撐結構體系系荷載情況（KN/m2）（含板重））：恒載（KN/m2）活載（KN/m2）普通樓面（110mm）5.52衛生間5.62.5樓梯8.353.5屋面7.00.5電梯井機房157公共平臺5.22.5走廊5.52墻體線荷載：：外墻體7KN/m，內墻體5.0~6.5KN/m。標準層柱、支支撐布置三維維圖：標準層柱撐布布置平面圖：：構件規格：L形異形柱T形異形柱十字形異形柱雙板連接異形柱鋼管混凝土柱截面: 異形柱單肢截面：口150X6；口150X8；口150X10；口150X12；150X14；

口150X250X10（中柱為150X14）；

口150X250X12（中柱為150X14）;單柱截面：

口200X300X14；口200X300X12；口200X300X10異形柱連接板厚度：14mm；12mm；10mm；8mm；6mm異形柱單肢間隔凈距：150mm鋼框架構件材質:鋼管混凝土柱：Q345鋼/C40混凝土; 梁：Q345鋼； 支撐：Q345鋼；Q235鋼。

鋼梁規格：H400X150X8X12；H300X125X8X10；H250X125X6X8；HN200X100X4.5X6支撐規格：口150X8;口120X8;口口120X6;口100X6（（Q235））;模型的建立：：采用軟件:MIDASGEN800，盈建科。單元選取:梁和柱采用梁梁單元，異形形柱連接板用用板單元進行行模擬，樓板板采用板單元元，支撐采用用桁架單元模模擬。約束設置:柱底設置為全全約束，框架架梁和柱為剛剛結，次梁梁梁端鉸接。標準層樓面荷荷載：計算結果：荷載MIDASYJK恒載1212612003活載10761152總計1319613155質量:周期:MidasYJK振型號周期X平動因子Y平動因子Z扭轉因子振型號周期平動系數(X+Y)扭轉系數(Z)12.7992.500.9512.830.99(0.99+0.00)0.0122.35094.6022.431.00(0.00+1.00)031.961.62098.0831.970.01(0.01+0.00)0.9840.9682.500.6240.940.99(0.99+0.00)0.0150.60079.6050.600.99(0.00+0.99)060.501.04095.8860.510.01(0.01+0.00)0.9770.4537.7200.8770.480.97(0.00+0.97)0.0180.31032.19080.310.98(0.98+0.00)0.0190.3026.3900.1190.300.97(0.00+0.97)0周期比:0.70周期比:0.69側向剛度:MidasYJKRJXRJYRJXRJY10F42160555498610F3702505085009F4379355913009F3859305444108F4606756397538F4093205951307F4928657024977F4406406600706F5434787887736F4908507551505F6030118802095F5486408547504F6862629916234F6320009777303F80809211379123F75621011322002F100067713149432F95994013369001F183199821620471F16682001982000無薄弱層X地震下層剪剪力和傾覆彎彎矩：MidasYJK層層地震力層剪力剪重比傾覆彎矩層層地震力層剪力剪重比傾覆彎矩10F33919320.0293412710F34219512.984%353029F34920260.028391019F36020452.813%402598F35821310.026441978F36621562.694%453307F36522490.025494607F36222812.612%505716F36123790.024549456F36124142.550%560455F35225140.024607055F35925552.505%618084F34026470.023667834F34226982.467%679113F30427710.023732063F29028272.422%743832F21528620.022799712F20129212.353%812211F9729030.021870301F8729622.252%88372Y地震下層剪剪力和傾覆彎彎矩：MidasYJK層層地震力層剪力剪重比傾覆彎矩層層地震力層剪力剪重比傾覆彎矩10F38521990.0403966210F393.92236.033.418%412849F40323020.037453339F413.542341.893.221%473608F42024290.036510898F429.52474.693.092%535687F42825820.035570087F435.822635.613.017%599826F41827560.034631836F427.052817.392.976%666875F39929360.033697055F405.963006.062.947%737734F37431110.033766454F380.323188.132.915%813143F32432640.032840393F333.113348.162.868%893452F22933750.031918802F245.233466.192.792%978541F10034240.0291001011F113.613520.82.676%106770X地震下位移移比、位移角角：MidasYJK樓層位移比位移角樓層位移比位移角18F1.0381/101218F最大1.05（X-規定水平力作用下）1/79817F1.0481/87017F1/71116F1.0491/78616F1/65415F1.0491/72715F1/61214F1.0481/68414F1/58113F1.0471/65313F1/55812F1.0451/63212F1/54311F1.0441/61611F1/53210F1.0431/60710F1/5279F1.0421/6019F1/5248F1.0421/6028F1/5287F1.0401/6117F1/5376F1.0411/6376F1/5665F1.0411/6685F1/5974F1.0411/7224F1/6503F1.0491/8073F1/7392F1.0651/9532F1/9041F1.0391/17631F1/1345Y地震下位移移比、位移角角：MidasYJK樓層位移比位移角樓層位移比位移角18F1.0281/95918F最大1.20（Y-規定水平力作用下）1/88417F1.0301/88217F1/75216F1.0121/82216F1/72215F1.0101/77415F1/69614F1.0101/74214F1/68613F1.0101/72313F1/67412F1.0101/71612F1/65111F1.0101/71711F1/65210F1.0091/72510F1/6759F1.0111/7379F1/6898F1.0141/7538F1/7267F1.0201/7737F1/7476F1.0111/8216F1/7615F1.0141/8575F1/7854F1.0161/9104F1/8173F1.0601/9543F1/9022F1.0371/10902F1/10331F1.1621/15941F1/1509梁變形撓度：：撓度為7.14mm，約為l/998，小于鋼結構設計規范3.5.1條要求的l/400。各層撓度變化相差不大，選取首層梁撓度變化為例。風振舒適度要要求：按《高層民用建筑筑鋼結構技術術規程》計算：X向順風向頂點點最大加速度度(m/s2)=0.025X向橫風向頂點點最大加速度度(m/s2)=0.042Y向順風向頂點點最大加速度度(m/s2)=0.074Y向橫風向頂點點最大加速度度(m/s2)=0.066滿足5.5.1條0.2m/s2的限值(2)24層、25層結構采用鋼鋼框架-剪力墻結構體體系模型的建立：采用軟件:MIDASGEN800計算，盈建科校核。單元選取:梁和柱采用梁單元，異形柱連接板用板單元進行模擬，樓板采用板單元，剪力墻選取墻單元。約束設置:柱底設置為全約束，鉸接梁梁端釋放端部約束。標準層柱、剪力墻布置三維圖：標準層剪力墻布置平面圖：柱子截面:鋼管混凝土柱截面: 異形柱單肢截面：口150X6；口150X8；口150X10；口150X12；150X14；

口150X300X10（中柱為150X14）；

口150X300X12（中柱為150X14）;單柱截面：

口200X300X14；口200X300X12；口200X300X10構件規格：L形異形柱T形異形柱異形柱連接板厚度：14mm；12mm；10mm；8mm；6mm異形柱單肢間隔凈距：150mm十字形異形柱鋼框架構件材質:鋼管混凝土柱：Q345鋼/C40混凝土; 梁：Q345鋼；雙板連接異形柱梁規格：H400X150X8X12H300X125X8X10H250X125X6X8HN200X100X4.5X6混凝土連梁600*300剪力墻：剪力墻變化剪力墻外墻剪力墻內墻1-6層300厚，C40250厚，C407-15層250厚，C35200厚，C3516-25層250厚，C30200厚，C30標準層樓面荷載：計算結果：質量:MidasYJK活載產生的總質量(t)1730.6891691.495恒載產生的總質量(t)23273.11222557.227結構總質量(t)25003.80124248.721質量基本吻合合計算結果：周期:結構扭轉第一一自振周期與與平動第一自自振周期的比比值為0.76左右，小于《高層建筑混凝凝土結構技術術規程》JGJ3-2010中A類建筑0.9的限值。Midas振型號周期X方向平動因子Y方向平動因子Z方向扭轉因子12.803283.615.710.6922.796616.7883.010.1832.150.73099.2740.751599.2900.6750.6539099.650.01YJK振型號周期轉角平動系數(X+Y)平動系數(Z)扭轉系數(Z)12.89861.51.00(1.00+0.00)0022.800591.491.00(0.00+1.00)0032.0972179.150.00(0.00+0.00)00.9940.74170.140.99(0.99+0.00)0.01050.616290.130.99(0.00+0.99)0.010計算結果：框架承擔地震震剪力傾覆彎彎矩：X方向規定水平力下框架柱、短肢墻地震傾覆彎矩層號框架柱其它合計框架柱承擔比例945554.3102659.8148214.130.7847929.9112635.9160565.829.9750202.8123245.4173448.328.9652381.5134465.8186847.428554394.2146332.9200727.127.1456215.3158797215012.326.1357830.5171749.2229579.725.2259320.2187061.9246382.124.1165075.4203829.5264584.923依據《高層建筑混凝凝土結構技術術規程》JGJ3-2010中8.1.3條框架部分承承擔地震傾覆覆彎矩大于10%而不大于50%時，按框架-剪力墻結構進進行計算。計算結果：框架承擔地震震剪力傾覆彎彎矩：Y方向規定水平力下框架柱、短肢墻地震傾覆彎矩層號框架柱其它合計框架柱承擔比例932693.6118407.415110121.6834307129710.1164017.120.9735834.9141780.217761520.2637296.3154547.1191843.419.4538623167986.5206609.418.7439796.7181984.6221781.217.9340819.5196378.4237197.817.2241767.8213135.7254903.516.4142663.6231444.7274108.315.6依據《高層建筑混凝凝土結構技術術規程》JGJ3-2010中8.1.3條框架部分承承擔地震傾覆覆彎矩大于10%而不大于50%時，按框架-剪力墻結構進進行計算。計算結果：地震下位移比、位位移角：MIDASX方向地震作用下塔號樓層位移比位移角126F1.070)1/1098(125F1.070)1/1065(124F1.069)1/1033(123F1.068)1/1002(122F1.067)1/976(121F1.066)1/954(120F1.066)1/936(119F1.065)1/923(118F1.065)1/914(117F1.065)1/909(116F1.065)1/906(115F1.064)1/907(114F1.064)1/911(113F1.064)1/918(112F1.063)1/928(111F1.063)1/942(110F1.063)1/961(19F1.062)1/986(18F1.062)1/1019(17F1.061)1/1062(16F1.060)1/1123(15F1.059)1/1210(14F1.058)1/1341(13F1.057)1/1560(12F1.060)1/2036(11F1.058)1/4544(YJKX向地震樓層位移比位移角26F最大為1.031/101325F1/98524F1/96023F1/93522F1/91421F1/89720F1/88319F1/87218F1/86517F1/86116F1/85915F1/86114F1/86613F1/87312F1/88511F1/90010F1/9209F1/9478F1/9847F1/10336F1/11015F1/11974F1/13413F1/15762F1/20421F1/4222MIDAS結果：X方向地震作用下，，最大位移角出現現在16層，位移角為1/906盈建科結果：X方向地震作用下，，最大位移角出現現在16層，位移角為1/859滿足《建筑抗震設計規范范》和《高層建筑鋼-混凝土混合結構設設計規程》中框架-剪力墻層間位移角角1/800的限值。計算結果：地震下位移比、位位移角：MIDASY方向地震作用下樓層位移比位移角26F1.300)1/942(25F1.299)1/929(24F1.299)1/917(23F1.299)1/906(22F1.299)1/896(21F1.300)1/890(20F1.302)1/886(19F1.305)1/886(18F1.308)1/889(17F1.312)1/895(16F1.317)1/904(15F1.322)1/916(14F1.328)1/932(13F1.333)1/951(12F1.339)1/974(11F1.344)1/1003(10F1.349)1/1038(9F1.354)1/1082(8F1.358)1/1137(7F1.362)1/1210(6F1.366)1/1309(5F1.368)1/1449(4F1.371)1/1659(3F1.371)1/2010(2F1.369)1/2770(1F1.391)1/6179(YJKY向地震樓層位移比位移角26F最大為1.211/89425F1/88324F1/87423F1/86622F1/86021F1/85620F1/85419F1/85618F1/86117F1/86916F1/88015F1/89514F1/91313F1/93512F1/96311F1/99610F1/10379F1/10878F1/11517F1/12336F1/13435F1/14974F1/17263F1/21012F1/28921F1/6187滿足《建筑抗震設計規范范》和《高層建筑鋼-混凝土混合結構設設計規程》中框架-剪力墻層間位移角角1/800的限值。MIDAS結果：Y方向地震作用下，，最大位移角出現現在20層，位移角為1/886盈建科結果：Y方向地震作用下，，最大位移角出現現在20層，位移角為1/854首層柱、墻軸壓比比，柱軸壓比在0.51以下，墻軸壓比在在0.3左右。關鍵構件內力：撓度為3.23mm，約為l/2020，小于鋼結構設計計規范3.5.1條要求的l/400。梁變形撓度：各層撓度變化相差差不大，選取首層層梁撓度變化為例例。按《高層民用建筑鋼結結構技術規程》計算：X向順風向頂點最大大加速度(m/s2)=0.018X向橫風向頂點最大大加速度(m/s2)=0.048Y向順風向頂點最大大加速度(m/s2)=0.054Y向橫風向頂點最大大加速度(m/s2)=0.053滿足5.5.1條0.2m/s2的限值風振舒適度要求：：X方向Y方向頂點位移角規范限值多遇地震層間位移角1/4901/6071/250《建筑抗震設計規范》1/250《高鋼規》1/300《鋼結構住宅設計規范》風荷載下位移角1/17051/7931/1018頂點位移角≤1/500《高鋼規》層間位移角≤1/400《高鋼規》風振加速度（m/s2）0.0860.0980.20m/s2《高鋼規》多遇地震及風荷載載作用下的位移均均符合規范要求，，且小于規范限值值，有助于解決墻體開開裂問題。風荷載作用下的風風振加速度符合規規范要求，可以保保證建筑在風荷載載下的舒適度。三、異形柱組合結結構在福康家園項項目的實踐滄州市福康家園公公租房是大元集團團與滄州市住建局局合作承建的滄州州市保障性住房項項目，是滄州市重重點民生工程。該項目位于河北省滄滄州市區，共8棟樓，其中5棟18層，2棟25層，1棟24層，地下室層高4.7米，一層3.6米，二層3.3米，標準層層高為為2.9米，總建筑面積13.6萬平方米，總投資4.7億元。18層25層18層18層18層18層24層25層項目由天津大學建筑設計研究院設設計，采用鋼結構住宅異形柱結構，5棟18層采用矩形鋼管混混凝土柱框架-支撐結構體系，2棟25層和1棟24層采用矩形鋼管混混凝土柱框架-剪力墻結構體系。該項目是河河北省第一個鋼結結構保障性住房項項目。18層方案25層方案各單體建筑尺寸構件規格：鋼框架構件材質：：鋼管混凝土柱：：Q345鋼/C40混凝土土;梁：Q345鋼；；支撐：Q345鋼鋼；Q235鋼。。鋼管混凝土柱截面面:異形柱單肢截面：：口150X6；口150X8；口150X10；口150X12；150X14；口150X250X10（中柱為150X14）；口150X250X12（中柱為150X14）;單柱截面：口200X300X14；口200X300X12；口200X300X10異形柱連接板厚度度：14mm；12mm；10mm；8mm；6mm鋼梁規格：H400X150X8X12；H300X125X8X10；H250X125X6X8；H200X100X4.5X6支撐規格：口150X8;口口120X8;口120X6;口100X6（Q235））;梁采用H型鋼，支撐采用方方鋼管，構件材質質為Q345。異形柱采用的構件件形式：十字形異形柱L型異形柱T型異形柱不同的構件形式使使用單連接板和雙雙連接板L型異形柱T型異形柱十字型異形柱節點形式：異形柱采用了外肋肋環板節點，單柱柱采用橫隔板貫通通節點。外肋環板節點隔板貫通節點斜撐采用人字型和和十字交叉的形式式樓板部分采用鋼筋筋桁架樓層板，部部分采用了混凝土土現澆板鋼筋桁架樓層板工工廠制作，產業化化水平高，施工速速度快，但是底部部鐵皮對住宅建筑筑處理困難。現澆混凝土樓板，，相比鋼筋混凝土土結構施工簡單，，可以利用H型梁下緣作為支撐撐，樓板配筋也比比較簡單，板底平平整度高。梁與柱的連接梁與異形柱的連接接采用外肋環板節點，與單柱連接接采用隔板貫通節點。墻體部分采用蒸壓壓加氣混凝土板（（AAC板）蒸壓加氣混凝土板板表面平整程度高高，無需抹灰可直直接粉刷墻體涂料料，該材料具有一一定的承載能力，，其立方體抗壓強強度大于3.5Mpa，抗震性能良好，，具有較大變形能能力，允許層間位位移角達1/150，是一種性能優越越的新型建材。施工現場情況施工現場情況施工現場情況施工現場情況施工現場情況施工現場情況同傳統建筑指標對對比為了更準確地掌握握鋼結構住宅的各各項經濟指標，在在施工過程中，對對人工、用電量及及其他消耗進行了了統計，與同期施施工的鋼筋混凝土土結構建筑進行了了比較。工程名稱結構類型層數建筑高度（米）建筑面積（平方米）基礎形