李章雷 张琳 刘松雪

中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300200

1 工程概况

天津某食品多层冷库位于天津市渤龙湖开发区风光大道以南，工程总用地面积约4万m2。项目包含生产车间、冷库、宿舍以及生产配套建筑。其中冷库建筑面积5万m2，建筑高度19.2m，整个建筑共设置4道防震缝兼温度缝。主体结构地上3层，首层6.5m，二层6.5m，三层6.2m，结构柱网8.5mx8.5m。建筑效果图、建筑首层平面布置图分别见图1～2。

图1 建筑效果图

图2 建筑首层平面布置图

图3 方案A

结构设计工作年限50年，结构安全性等级二级，抗震设防类别标准设防类，抗震设防烈度8度（0.2g），设计地震分组第二组，场地类别Ⅳ类，特征周期根据剪切波速和覆盖层厚度按插值方法确定为0.654s。该地区风荷载0.5kN/m2，雪荷载0.45kN/m2，该工程楼面恒荷载5kN/m2，活荷载25kN/m2,重力荷载代表值中活荷载组合值系数按0.8取值。

根据本工程勘察报告，该场地属于软弱土。根据据冷库设计标准对基础埋置深度的要求，基础顶标高设计为-1.5m，项目采用预制桩基承台基础，桩径600mm，有效桩长约30m，持力层为粉质黏土。

2 结构方案比选

结构体系选型主要针对冷库主体结构。根据冷库存储特点与货运流线要求，在保证生产前提下制定了3种结构方案，各结构体系布置对比如表1所示。方案A为混凝土框架结构方案，方案B为钢支撑-钢筋混凝土框架方案，方案C为钢结构框架方案。

表1 结构方案对比表

2.1 方案A

方案A是常规的钢筋混凝土框架结构，为满足层间位移角控制指标，构件截面尺寸相对较大，首层和二层框架柱截面达到1400mmx1400mm。方案A主要构件信息如表1所示，柱含钢率0.8%～1.8%，首层构件混凝土强度等级C40，二层柱C35，其它构件均为C30。预制桩2385根，承台厚度1.2m。

2.2 方案B

方案B为混合结构体系，由钢支撑+钢筋混凝土框架构成双重抗侧力体系（见图4）。方案B的框架布置方案与方案A保持相同，只在适当的柱跨之间根据《建筑抗震设计规范》（2016年版）[1]GB 50011-2010（以下简称：“抗规”）设置了交叉支撑，构件信息如表1所示。框架柱截面可以缩小至900mmx900mm，交叉支撑截面箱型500x500x30x30，支撑所在位置对应框架柱内设置有型钢，截面H500x500x30x30，钢材材质Q355B。预制桩2305根，大部分承台厚度1.2m，局部支撑框架处，桩数量密集，承台厚度要求不小于1.8m，由于桩间距控制要求，此区域桩基布置困难，需要调整桩型或者增加桩长方可满足设计需求。

图4 方案B

图5 方案C

2.3 方案C

方案C为钢框架结构体系，方案C的框架布置方案与方案A完全一致，构件信息如表1所示。框架柱截面可以做到最小为箱型700x700x25x25，材质Q355B。此结构可以充分发挥钢构件的强度和耗能能力，在最优截面尺寸下可以满足抗规[1]和《钢结构设计标准》[2]GB 50017-2017对层间位移角的要求。预制桩1588根，承台厚度1.2m，设置外包式钢柱柱脚。

3 结构方案分析对比

“高烈度、重力荷载代表值大”是本项目横向荷载的主要特征。因此在进行主体结构方案比选时，需要同时追求冷库运行基本要求、经济的结构布置、合理的结构指标以及优越的抗震性能。

3.1 地震作用下结构主要计算结果对比

采用PKPM软件进行结构整体分析，在地震作用下对三种结构方案的主要计算结果进行对比，见表2。

指由表2可得，三种结构方案整体指标均满足规范要求。其中方案A的质量最重，大约是方案C质量的1.33倍，位移角和位移比指标接近限制要求，结构基本无优化空间。方案B因钢支撑作用，位移角和位移比指标优化明显，但整体刚度增加，自振周期缩短，地震剪力明显增大，后期对钢支撑框架和基础设计难度增加。方案C质量最轻，位移角和位移比指标较合理。

3.2 造价分析对比

采用PKPM软件中工程量统计模块进行材料用量汇总，按当前的造价信息综合单价进行整体造价分析，结果见表3。混凝土按0.14万元/m3，钢筋单价按0.65万元/m3，钢支撑单价按1.1万元/m3，钢框架单价按0.9万元/m3，预制桩0.05万元/m，基础混凝土按0.1万元/m3。

表3 主要材料工程量及造价估算

由表3可看出，与框架+钢支撑和钢框架结构方案相比，混凝土框架方案的造价最低，但混凝土方案结构构件体型大，占用冷库可利用空间大。框架+钢支撑结构方案造价居中，但造价优势不明显，且需要考虑钢支撑布置对冷库空间布局影响。钢结构框架方案造价最高，较混凝土框架方案多出10%，但冷库可利用空间大，货物储存布置灵活。

以上工程造价只是初步估算，与实际情况可能存在一定出入，但作为业主方在方案阶段的投资决策依据已基本满足。最终，业主以投资控制为主，选择方案A作为具体实施的设计方案。

4 结论

（1）多层冷库在高烈度区地震作用下，混凝土框架结构方案与钢结构方案相比，构件尺寸相对较大，混凝土方案的质量是钢结构方案质量的1.33倍。因传统材料价格优势，此方案综合造价优势明显。

（2）在空间布局允许条件下，高烈度地区的多层冷库采用钢支撑+钢筋混凝土框架结构，具有抗侧刚度大，抗震性能较好，综合造价较优的特点，不失为一种可选用的结构方案。

（3）钢结构方案可充分发挥钢构件的强度和耗能能力，具有使用空间更大、施工速度更快的优势，但造价上较混凝土方案多出10%。在投资可接受条件下，此方案建筑品质最高，是值得推广的结构体系。