6.2　框架和框筒结构的经济适用性分析

某6层高档住宅楼项目。工程用地面积2819m²，占地面积912.2 m²，建筑面积6280m²，建筑总高度23.05m。层高2.8m，底层柱高4.2m；楼面活荷载2.0kN/m²，不上人屋面活荷载0.5kN/m²；基本风压0.35kN/m²；II类场地；抗震设防烈度6度。首层是地下室车库，地上6层，6层上有一跃层，实际结构8层。图6-1为其三维立体图。

由于是低烈度区，6度地震设防，可不考虑地震力的作用。梁柱截面大小由水平荷载（风荷载）和竖向荷载共同控制，下面以框架、框筒这两种结构体系进行分析和比较。

图6-1　某6层住宅的三维立体图

一、框架（图6-2）

图6-2　框架结构标准层平面图

图6-2所示是住宅楼左半榀的一个标准层平面图。平面是按小柱网布置，柱距分别为2.4m、3m、3.6m、4.5m，钢号采用Q345热轧型钢，梁翼缘采用现场坡口全熔透焊缝、腹板采用摩擦型高强螺栓连接型节点，这种节点的优点是现场装配速度快，延性好。框架采用纵横方向双向刚接，这样可以加大结构自身的侧移刚度，减小抗侧移构件内力，提高耗能能力，增加建筑物的延性。楼盖采用压型钢板上现浇混凝土组合楼盖，它和钢梁靠栓钉形成可靠连接（见图6-3），可以减小钢梁的弯曲变形，计算中可让钢梁的刚度放大25％～50％，从而减小结构的层间位移。

图6-3　楼板与钢梁的连接图

二、框筒（图6-4）

图6-4　框筒结构标准层平面图(www.daowen.com)

这个方案的改动主要是将几个卫生间的地方改为混凝土核心筒（为了做出比较，我们将建筑方案作了一些调整），以提高结构的抗侧移刚度。框架采用纵横方向双向刚接，梁与核心筒铰接相连。

在这需要指出的是，框架结构由于层间位移角均大于1/1000，所以计算框架柱稳定性时，都采用有侧移模型，需要考虑结构的二阶效应；框架—核心筒结构的层间位移角都小于1/1000，计算时采用无侧移模型。

从表6-1的计算结果中可以看出:尽管轻钢框架刚度小，但是它自重轻，周期长，地震作用小；在抗震设防烈度较小的地区，当框架柱的强度得到保证时，水平位移亦可满足规范要求。而且钢柱的承载力使用率一般都达到70％左右，充分发挥了材料的性能。

6-1框架和框筒方案的比较

可以看出这两种结构体系的用钢量都比较低，如果把工期和节省用工的成本都算上，用钢量在40kg/m²以下，多层钢结构住宅的综合造价比钢混结构要低。当然各地的人工成本有所差异，在人工成本高的地区经济效益会更明显一些。上述两种方案中的梁柱构件类型不单一，这会导致节点类型增多，施工麻烦，这主要是出于节省用钢量的考虑来设置的，实际设计中应尽量只设置一种梁，柱尺寸，节点类型单一，这样会为施工带来方便。

综上所述，钢框架结构相对于钢框筒结构的优势主要体现在下面几个方面:

1．框架结构是一种延性体系，框筒结构延性很差，筒体一旦开裂，结构刚度大幅度下降。

2．框架结构比框筒结构在建筑设计和平面布置上具有更大的灵活性。

3．框架结构各部分刚度比较均匀，构造简单，更易于施工。

4．框架结构自震周期较长，自重更轻，对地震作用不敏感；多层钢框筒结构自重因为筒体的存在有所增大，地震作用较大。

5．施工速度更快，可以大大提高资金的投资效益。