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跟著程博學PC(6):一種新型預制混凝土抗震抗側力結構體系及典型案例

跟著程博學PC(6):一種新型預制混凝土抗震抗側力結構體系及典型案例

打印 0條評論來源:上海浦凱預制建筑 作者:程海江

專欄介紹:


程海江,上海浦凱創始人,同濟大學工學博士。長期從事裝配式建筑設計、研發、技術推廣等工作,為中國混凝土協會預制構件混凝土分會理事,上海、海南、鄭州、珠海、青島等多個省市的裝配式建筑行業評審專家。裝配式建筑對整個建筑行業的從業人員來說,都是一個不斷學習、不斷拓展、不斷深入的精進過程。他山之石,可以攻玉。為此,本公眾號“跟著程博學PC”專欄將組織浦凱技術骨干陸續撰寫、翻譯或轉載一批近些年不斷涌現的新材料、新技術、新產品的文章以及經典著名的典型案例,以供從業人員參考借鑒。


小編語:關于裝配式混凝土建筑結構的設計,國內當前基本遵循著“等同現澆/仿現澆”的設計理念。但過于強調等同現澆,可能會忽略裝配式建筑的真正特點而使工程應用、思維視野、設計方法等倍受限制而流于常規、流于形式。小編今天帶著各位“跟著程博學PC”,去了解一下國外地震高發區(高烈度區)的一種新型預制混凝土抗側力結構體系及典型案例。


預制混凝土混合框架結構體系(precast concrete hybrid moment resistant frame (PHMRF) system)是一種通過低碳鋼鋼筋和后張拉高強度鋼絞線將預制混凝土梁、預制混凝土柱進行拼接連接的一種抗側力結構體系。和傳統的鋼結構及現澆混凝土結構體系相對比,這種抗側力體系的設計使得房屋結構框架的關鍵構件避免發生顯著潛在的損傷破壞。世界上首棟采用預制混凝土混合框架結構體系(precast concrete hybrid moment resistant frame (PHMRF) system)的工程案例是位于美國加利福尼亞州舊金山市的一棟39層128米高的公寓大樓。


圖1 美國加州舊金山市公寓大樓(派拉蒙大酒店)


該樓中此體系的預制邊框架結構既具有抗側力體系的功效,又同時具備建筑外立面的功能。建筑師能夠運用預制混凝土的高質量特性及靈活性的特點來實現創造出清晰的、視覺有趣的建筑立面設計效果。噴砂、窗側線條及外圓角等都顯著增添了建筑立面的復雜性和趣味性。該棟建筑是當時修建時最高的混凝土結構,也是高烈度區(第四烈度區)最高的預制預應力混凝土框架建筑。這是上個世紀90年代由美日等國發起的預制抗震結構體系研究課題項目(PRESSS)的研究成果頂峰的直接體現,也顯著有力地證實了過去數十年提出的先進預制混凝土抗震概念的有效性。


圖2 施工過程中的大樓


圖3 建筑外立面


圖4 第三街使命街的派拉蒙大酒店


站在樓下往上看,是否有種高聳入云的眩暈感覺呢?


該棟建筑使用了兩種昂貴的結構構件,即為預制建筑外掛墻和抗震支撐體系。這不僅降低了建造成本,也使得外立面具有很好的防水效果,成為舊金山市的一道靚麗的風景。該建筑有486個房間,總共可出租的建筑面積為61380平方米。底部8層和基礎部分大概占2880平方米:第1~2層基本上為零售空間,住宅設施(包括出租辦公室和商業中心)處于第3層,第4層為健身中心和室外游泳池;第3~7層的北側為可容納350輛汽車的車庫,包括一個由電梯而非坡道的全代客泊車位;居民單元處于第4~17層的南側。第8層主要是充當第9~33層大概有1273平方米的居住面積的墩臺。建筑在第34層收縮為920平米建筑面積(樓層為34層~39層)。第40層為室外露天休息平臺區域。


圖5 建筑平面布置圖


圖6 建筑立面圖


圖7 傳統現澆混凝土梁柱節點與預制梁柱節點的破壞模式對比


圖8 預制梁柱節點的轉動位移(放大)


圖9 邊柱的鋼筋構造細節圖


圖10 預制柱的鋼筋籠


圖11 DDC框架梁


圖12 角柱的細部構造


圖13 后張拉頂托操作圖


該項目中使用的混凝土強度分別是:預制柱41~55MPa;預制梁34MPa。從基礎到底部第8層,采用的是剪力墻結構體系以及預制和現澆共存的框架支撐體系,這個主要是由于樓板的厚度不斷變化,以及停車空間與起居空間彼此隔離分開所需,從而非標準構件較多,不便于預制。從第八層以上開始,采用的是預制混凝土周邊框架結構。


表1 所用預制混凝土構件分類表



整個項目的建造時間計劃為26個月。地基與基礎工程從2000年11月開始啟動,于2001年3月結束;上部結構完工用了16個月。剛開始預制構件的施工很緩慢,但隨著工作的進展與熟練程度的提高,平均施工速度是兩層半/月。本項目的顯著施工時間效益在于,其每一樓層能夠快速圍合封閉,這使得機電、設備等專業能快速安裝成為可能,從而使得租戶可以盡早投入使用成為可能(從施工建造開始不到兩年的時間,租戶已于2001年10月底即入住使用)。


整個項目的造價為9270萬美元,而預制部分的造價為890萬美元?;诔鲎獠糠值目偨ㄖ娣e,平均造價為一平方英尺140美元(折合人民幣10550元/平米);考慮到該房屋所處的市區位置及其所處于地震區環境等因素來說,這個價格應該還是很不錯的。


該項目自2001年竣工之后,便收到了來自于世界各地的設計界及游客們的許多稱贊與美談;在2002年便獲得了2002PCI設計大獎,該結構被授予“哈利·愛德華茲工業進步獎”(the Harry H. Edwards Industry Advancement Award)。評審團的評價如下:這個39層預制預應力混凝土建筑的成功建造,為付出十年努力和積累、旨在運用聰明智慧創造的創新型抗震抗側力體系的研究項目結出了豐碩的成果。這是一個融合了來自于學術屆、工程界、建筑學和施工屆等方面知識與聰明才智的經典案例,是工程界中的一座里程碑項目。如今,這一技術在地震高發區的預制預應力混凝土結構中應用的道路已經開啟。


(編輯:奚雅青)


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[責任編輯:Susan]

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