沙特吉达保障房项目结构分析与BIM应用_张海东.pdf

第 53 卷 第 13 期2023 年 7 月上建 筑 结 构Building StructureVol.53 No.13Jul.2023 DOI:10.19701/j.jzjg.20211621中建七局科技研发计划资助(CSCEC7b-2020-z-7)。第第一一作作者者:张海东,硕士,教授级高级工程师,一级注册结构工程师,主要从事装配式建筑、减隔震建筑、超高层建筑等结构的设计研究工作,Email:zhdong-2008 。沙特吉达保障房项目结构分析与 BIM 应用张海东1,2,胡克楠1,王振伟1,尚晓海1,王 朔1,王瑞强1,周小愉1(1 中建中原建筑设计院有限公司,郑州 450004;2 中国建筑第七工程局有限公司,郑州 450004)摘要:沙特吉达保障房项目采用装配整体式剪力墙结构,按照美国规范及沙特规范对本项目进行结构计算和结构设计。运用 ETABS 软件对结构进行建模分析,并对比了美国规范与中国规范要求的差异。按美国规范对装配式建筑的要求进行了结构拆分、构件设计。采用 BIM 技术进行深化设计和碰撞检查。预制墙体的水平连接采用钢丝绳套灌浆连接,竖向连接采用波纹管浆锚连接。本项目虽然装配率高于 75%,但安装方便、施工周期短、成本与现浇基本持平,值得借鉴推广。关键词:剪力墙结构;装配式建筑;钢丝绳套灌浆连接;波纹管浆锚连接;中美规范对比中图分类号:TU318 文献标志码:A文章编号:1002-848X(2023)13-0129-06引用本文 张海东,胡克楠,王振伟,等.沙特吉达保障房项目结构分析与 BIM 应用J.建筑结构,2023,53(13):129-134.ZHANG Haidong,HU Kenan,WANG Zhenwei,et al.Structural analysis and BIM application of affordable housing project in Jeddah,Saudi ArabiaJ.Building Structure,2023,53(13):129-134.Structural analysis and BIM application of affordable housing project in Jeddah,Saudi Arabia ZHANG Haidong1,2,HU Kenan1,WANG Zhenwei1,SHANG Xiaohai1,WANG Shuo1,WANG Ruiqiang1,ZHOU Xiaoyu1(1 CSCEC Zhongyuan Architectural Design Institute Co.,Ltd.,Zhengzhou 450004,China;2 China Construction Seventh Engineering Division Corp.Ltd.,Zhengzhou 450004,China)Abstract:The affordable housing project in Jeddah,Saudi Arabia adopts a monolithic precast shear wall structure,and was calculated designed according to American code and Saudi code.ETABS software was used to model and analyse the structure,and the differences between Chinese code and American code requirements was compared.According to prefabricated building requirements of the American code,the structure was divided and the component was designed.BIM technology was used for further design and collision inspection.The precast wall is connected horizontally with steel wire rope sleeve grouting connection and vertically with bellows grouting anchor connection.Although the prefabrication ratio of this project is higher than 75%,but the installation is convenient,the construction cycle is short,and the cost is basically the same as cast-in-place,which is worth learning and promoting.Keywords:shear wall structure;prefabricated building;steel wire rope sleeve grouting connection;bellows grouting anchor connection;comparison of Chinese and American code0引言 随着”一带一路”倡议的深入推进,国内建筑设计企业承担的国外项目逐步增多。承接海外项目不仅要掌握国外的规范、标准,满足当地要求,还要积极创新。文献1-2 对中美抗震规范和混凝土结构设计规范进行了对比和分析,但目前国内对于按美国规范设计的装配式剪力墙结构体系的研究相对较少。本文结合沙特吉达保障房项目,对国内、外装配式剪力墙结构设计、构造进行对比分析,提出该类结构设计方法,可为类似项目的设计提供依据。1项目概况 项目为沙特吉达保障房(图 1),建筑面积共计 45 万 m2,共有 A、B、BC、D 四个户型。该工程为 EPC 组织模式,建筑方案已定,总包单位根据业主的需求要求采用美国规范及沙特规范进行施工图设计。本文以 D 户型为例进行分析,该户型标准层的结构平面布置见图 2。结构平面呈矩形,长 42.3m、宽 17.96m;地上 8 层,层高 3.3m,室内外高差 0.75m,结构高度为 27.15m,单体建筑面积 5 120m2。结构形式为装配整体式剪力墙结构。建 筑 结 构2023 年根据建筑方案和相关要求,本项目竖向和水平构件都采用预制构件,内隔墙采用空心蒸压加气混凝土条板。图 1 沙特吉达保障房项目鸟瞰图图 2 标准层结构平面布置图2结构设计参数 本工程采用装配整体式剪力墙结构,依据美国荷载规范 ASCE/SEI 7-103,本工程的建筑安全等级(risk category of buildings)为级,地震作用重要性系 数 Ie(importance factors by risk category of buildings)为 1.0。按普通预制剪力墙结构体系确定本工程抗震体系的设计参数,如表 1 所示。表 1 抗震体系的设计参数响应修正系数 R变形放大系数 Cd超强系数 0冗余度系数 332.51.0依据地勘资料、美国荷载规范 ASCE/SEI 7-10,本工程的场地类别为 D 类,抗震设计反应谱曲线计算参数如表 2 所示,其中:SS为 0.2s 周期最大地震反应谱加速度,S1为 1s 周期最大地震反应谱加速度;Fa、Fv为分别对应于 SS、S1的场地影响系数;SDS为短 0.2s 周期抗震设计反应谱加速度,SD1为 1s 周期抗震设计反应谱加速度。依据美国荷载规范ASCE/SEI 7-10中第11.6表 2 抗震设计反应谱曲线计算参数最大地震反应谱加速度/g场地影响系数抗震设计反应谱加速度/gSSS1FaFvSDSSD10.3000.1091.562.360.3120.173节,本工程的抗震设计类别(seismic design category)为 B 类,结构延性等级可以按普通类进行设计。依据沙特荷载规范 SBC 3014,本工程风荷载设计参数如表 3 所示。表 3 风荷载设计参数暴露类别地形系数 Kzt阵风系数风向系数海拔系数体型系数迎风面 背风面基本风速/(km/h)C 类1.00.850.851.00.8-0.3152依据美国混凝土结构设计规范 ACI 318-145,混凝土采用圆柱体抗压强度标准值 4 000psi(1psi=0.006 89MPa),换算后抗压强度设计值 f c=30MPa;依据美国规范 ASTM A615/A615M-166,钢筋采用60 级,钢筋抗拉强度设计值 fy=420MPa。3结构计算 按沙特当地要求,采用 ETABS 软件建立结构设计三维模型,并对其进行整体分析。美国荷载规范 ASCE/SEI 7-10 风荷载作用下的计算结果见表 4。本结构水平荷载以地震作用控制为主,故本文对风荷载计算结果不做过多阐述。表 4 风荷载作用计算结果最大层间位移角基底剪力/kNX 向Y 向X 向Y 向1/142 8571/15 385542.91 880.7我国抗震采用“三阶段、两水准”设计方法。美国规范要求按照设防烈度地震(简称中震)进行抗震计算和设计,地震作用下层间位移角采用放大系数进行修正。美国规范的计算结果见表 5。为验证中、美规范存在的差异,本项目按中、美规范进行了抗震计算对比。按照罗开海等7提出的中、美抗震规范中场地类别对应的地震动参数换算方法,可以得到沙特吉达场地条件对应建筑抗震设计规范(GB 500102010)(2016 年版)8(简称 GB 500102010)地震作用计算参数为:抗震设防烈度 7 度(0.1g),设计地震分组第三组,场地类别类,特征周期 Tg=0.45s,最大地震影响系数max=0.08,周期折减系数取 0.9。结构模型按照美国规范用 ETABS 软件进行中震计算,同时按照中国规范用 SATWE 软件进行小震计算,结果见表 5。由表 5 可以看出,两种方法的计算结果均满足相应规范要求,其中周期和最大层间位移比相近。本项目为了装配方便,外墙全部采用预制剪力墙,因此结构整体刚度大,最大层间位移角远小于规范限值。两种方法计算的最大层间位移角相差很大,主要原因是美国规范按中震计算,美国规范相对中031第 53 卷 第 13 期张海东,等.沙特吉达保障房项目结构分析与 BIM 应用国规范对层间位移角要求更容易满足,这与肖从真等9研究结果类似。按照美国规范中震计算所得底部剪力值比中国规范小震计算结果大 1.85 倍左右,相当于中国规范中震的 66%左右。可见按美国规范要求进行抗震设计的结构安全冗余度大于中国规范,但是小于中国规范对建筑进行抗震性能化设计时采用中震分析的结果。表 5 中、美规范抗震计算结果对比指标ASCE/SEI 7-10GB 500102010比值周期/sT1(X 向平动)0.1720.1760.98T2(Y 向平动)0.3050.3100.98T3(扭转)0.2170.2171.00最大层间位移角X 向1/3 333(限值1/50)1/25 000(限值1/1 000)7.5Y 向1/1 250(限值1/50)1/3 846(限值1/1 000)9.23最大层间位移比X 向1.201.0651.13Y 向1.391.1711.19等效侧力法底部剪力/kNX 向6 671.23 584.51.86Y 向6 671.23 584.51.86振型分解反应谱法底部剪力/kNX 向5 992.33 4921.71Y 向5 941.23 2071.854装配式结构专项设计 基于美国规范要求的装配式建筑具有加工效率高、施工速度快、内部空间大等特点,设计遵循的一般原则10包括:1)通过节点连接实现结构的连续性和整体性;2)组件的尺寸和形状应考虑生产、运输