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看这!新型预制混凝土抗震抗侧力结构体系及典型案例

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预制混凝土混合框架结构体系(precast concrete hybrid moment resistant frame (PHMRF) system)是一种通过低碳钢钢筋和后张拉高强度钢绞线将预制混凝土梁、预制混凝土柱进行拼接连接的一种抗侧力结构体系。和传统的钢结构及现浇混凝土结构体系相对比,这种抗侧力体系的设计使得房屋结构框架的关键构件避免发生显著潜在的损伤破坏。世界上首栋采用预制混凝土混合框架结构体系(precast concrete hybrid moment resistant frame (PHMRF) system)的工程案例是位于美国加利福尼亚州旧金山市的一栋39层128米高的公寓大楼。


图1 美国加州旧金山市公寓大楼(派拉蒙大酒店)


该楼中此体系的预制边框架结构既具有抗侧力体系的功效,又同时具备建筑外立面的功能。建筑师能够运用预制混凝土的高质量特性及灵活性的特点来实现创造出清晰的、视觉有趣的建筑立面设计效果。喷砂、窗侧线条及外圆角等都显著增添了建筑立面的复杂性和趣味性。该栋建筑是当时修建时最高的混凝土结构,也是高烈度区(第四烈度区)最高的预制预应力混凝土框架建筑。这是上个世纪90年代由美日等国发起的预制抗震结构体系研究课题项目(PRESSS)的研究成果顶峰的直接体现,也显著有力地证实了过去数十年提出的先进预制混凝土抗震概念的有效性。


图2 施工过程中的大楼


图3 建筑外立面


图4 第三街使命街的派拉蒙大酒店


站在楼下往上看,是否有种高耸入云的眩晕感觉呢?


该栋建筑使用了两种昂贵的结构构件,即为预制建筑外挂墙和抗震支撑体系。这不仅降低了建造成本,也使得外立面具有很好的防水效果,成为旧金山市的一道靓丽的风景。该建筑有486个房间,总共可出租的建筑面积为61380平方米。底部8层和基础部分大概占2880平方米:第1~2层基本上为零售空间,住宅设施(包括出租办公室和商业中心)处于第3层,第4层为健身中心和室外游泳池;第3~7层的北侧为可容纳350辆汽车的车库,包括一个由电梯而非坡道的全代客泊车位;居民单元处于第4~17层的南侧。第8层主要是充当第9~33层大概有1273平方米的居住面积的墩台。建筑在第34层收缩为920平米建筑面积(楼层为34层~39层)。第40层为室外露天休息平台区域。


图5 建筑平面布置图


图6 建筑立面图


图7 传统现浇混凝土梁柱节点与预制梁柱节点的破坏模式对比


图8 预制梁柱节点的转动位移(放大)


图9 边柱的钢筋构造细节图


图10 预制柱的钢筋笼


图11 DDC框架梁


图12 角柱的细部构造


图13 后张拉顶托操作图


该项目中使用的混凝土强度分别是:预制柱41~55MPa;预制梁34MPa。从基础到底部第8层,采用的是剪力墙结构体系以及预制和现浇共存的框架支撑体系,这个主要是由于楼板的厚度不断变化,以及停车空间与起居空间彼此隔离分开所需,从而非标准构件较多,不便于预制。从第八层以上开始,采用的是预制混凝土周边框架结构。


表1 所用预制混凝土构件分类表



整个项目的建造时间计划为26个月。地基与基础工程从2000年11月开始启动,于2001年3月结束;上部结构完工用了16个月。刚开始预制构件的施工很缓慢,但随着工作的进展与熟练程度的提高,平均施工速度是两层半/月。本项目的显著施工时间效益在于,其每一楼层能够快速围合封闭,这使得机电、设备等专业能快速安装成为可能,从而使得租户可以尽早投入使用成为可能(从施工建造开始不到两年的时间,租户已于2001年10月底即入住使用)。

整个项目的造价为9270万美元,而预制部分的造价为890万美元。基于出租部分的总建筑面积,平均造价为一平方英尺140美元(折合人民币10550元/平米);考虑到该房屋所处的市区位置及其所处于地震区环境等因素来说,这个价格应该还是很不错的。

该项目自2001年竣工之后,便收到了来自于世界各地的设计界及游客们的许多称赞与美谈;在2002年便获得了2002PCI设计大奖,该结构被授予“哈利·爱德华兹工业进步奖”(the Harry H. Edwards Industry Advancement Award)。评审团的评价如下:这个39层预制预应力混凝土建筑的成功建造,为付出十年努力和积累、旨在运用聪明智慧创造的创新型抗震抗侧力体系的研究项目结出了丰硕的成果。这是一个融合了来自于学术届、工程界、建筑学和施工届等方面知识与聪明才智的经典案例,是工程界中的一座里程碑项目。如今,这一技术在地震高发区的预制预应力混凝土结构中应用的道路已经开启。


(编辑:奚雅青)


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[责任编辑:Susan]

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