超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和成本控制實(shí)用教案

1、90年代(nindi)超高層代表第1頁/共35頁第一頁，共36頁。超過400米高層(o cn)一覽第2頁/共35頁第二頁，共36頁。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度，一般認(rèn)為超過(chogu)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程高度限值規(guī)定的高層稱之為“超高層”。 第3頁/共35頁第三頁，共36頁。二、超高層結(jié)構(gòu)(jigu)的特點(diǎn) 1、超高層的主要受力特點(diǎn)(tdin)：影響結(jié)構(gòu)布置和結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的主要因素是水平力的作用地震作用和風(fēng)作用。第4頁/共35頁第四頁，共36頁。 2、地震作用主要是由結(jié)構(gòu)自重(zzhng)產(chǎn)生的慣性力。主要影響因素為：結(jié)構(gòu)自重(zzhng)、結(jié)構(gòu)剛度以及結(jié)構(gòu)的阻尼比。在高烈度地震區(qū)（如北京、西安

2、、昆明、?？诘?度區(qū)）以及類場(chǎng)地的7度區(qū)（上海、天津部分地區(qū)），地震作用起主導(dǎo)。對(duì)結(jié)構(gòu)的要求是在具備一定剛度的同時(shí)應(yīng)盡量減小結(jié)構(gòu)的自重(zzhng)。 3、在沿海地區(qū)，深圳、廈門、三亞等地區(qū)，由于風(fēng)荷載較大，對(duì)超高層其主要作用的是風(fēng)荷載。主要是100年一遇對(duì)結(jié)構(gòu)變形的影響以及10年一遇對(duì)結(jié)構(gòu)舒適度的影響。對(duì)結(jié)構(gòu)的要求是具有足夠的結(jié)構(gòu)剛度。第5頁/共35頁第五頁，共36頁。三、超高層的結(jié)構(gòu)(jigu)體系 超高層從抗側(cè)力的角度主要有：1、框架；2、剪力墻（含筒體）；3、支撐(zh chng)三類構(gòu)件。 一般需要設(shè)置兩道防線。常用的組合為：1+2、1+3、1+2+3三種。 按材料劃分主要有：a、鋼

3、筋砼結(jié)構(gòu)；b、鋼結(jié)構(gòu)；c、鋼砼混合結(jié)構(gòu)。 上述1+2體系多采用a；1+3體系多采用b； 1+2、1+2+3體系多采用c。第6頁/共35頁第六頁，共36頁。 1、鋼筋砼框架筒體結(jié)構(gòu)（a，1+2）在較低的超高層（200米以下）中應(yīng)用較為普遍。它具有：1）剛度(n d)大；2）結(jié)構(gòu)自重較大（大于20KN/)；3）阻尼比大（0.05）；4）造價(jià)相對(duì)低廉等特點(diǎn)。在8度以下地區(qū)采用優(yōu)勢(shì)較為明顯。目前，即使超過300米的結(jié)構(gòu)仍然有一定優(yōu)勢(shì)。例如：深圳的漢國(guó)大廈。高311.9米，75層。由于核心筒距離外框架柱跨度較?。?米），采用砼體系仍然較為經(jīng)濟(jì)。按施工圖統(tǒng)計(jì)，結(jié)構(gòu)造價(jià)約2700元/。第7頁/共35頁第七頁

4、，共36頁。深圳漢國(guó)(hn u)大廈提高結(jié)構(gòu)的剛度是本工程的主要目標(biāo)。設(shè)計(jì)時(shí)以控制風(fēng)荷載位移為目標(biāo)，同時(shí)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)在不同(b tn)目標(biāo)風(fēng)速下的加速度。第8頁/共35頁第八頁，共36頁?；炷翗巧w和鋼結(jié)構(gòu)組合樓蓋的比較(bjio) 材料用量材料材料 類型類型構(gòu)件構(gòu)件組合樓蓋組合樓蓋 混凝土樓蓋混凝土樓蓋 混凝土混凝土 / 組合方案組合方案 混凝土 (m3)墻 2915829158柱 8002 8002 梁 -8598 樓板 (包含核心筒梁) 19820 19820 總計(jì) 56979 65577 115.1%平均 (m3/m2)0.50 0.58 115.1%用鋼量 (t)壓型鋼板 (m2)815

5、00-F15以下墻體內(nèi)埋 666 666 柱 6979 6979 伸臂桁架 3907 3907 梁 7303 -總計(jì) 18855 11553 61.3%平均 (kg/m2)167 10261.3%第9頁/共35頁第九頁，共36頁。 2、鋼框架支撐體系（b,1+3體系）。 具有： 1）剛度較大；2）結(jié)構(gòu)自重輕（1013KN/）；3）阻尼比?。?.02）；4）造價(jià)相對(duì)較高等特點(diǎn)。在8度及以上地區(qū)采用優(yōu)勢(shì)較為明顯。例如：天津津塔、北京銀泰中心等。由于構(gòu)件尺寸較小，節(jié)省較多建筑空間。北京銀泰高250米，標(biāo)準(zhǔn)層僅為40米X40米；在使用空間相同(xin tn)的情況下，比一般的砼結(jié)構(gòu)的45米X45米的平

6、面節(jié)省面積26.5%。 北京銀泰用鋼量168Kg/； 天津津塔用鋼量191Kg/。 結(jié)構(gòu)造價(jià)超過3000元/第10頁/共35頁第十頁，共36頁。北京(bi jn)銀泰 津塔第11頁/共35頁第十一頁，共36頁。銀泰平面(pngmin) 津塔平面(pngmin)第12頁/共35頁第十二頁，共36頁。 3、鋼砼混合結(jié)構(gòu)體系主要是指框架的梁、柱為鋼梁、鋼管砼柱或型鋼砼柱；核心(hxn)筒為鋼筋砼筒體。應(yīng)用范圍較廣。具有：1）剛度大；2）自重適中（1718KN/）；3）阻尼比0.0350.04；4）造價(jià)介于砼和鋼結(jié)構(gòu)之間。目前，國(guó)內(nèi)高度前幾位的超高層建筑均采用此種體系。我所設(shè)計(jì)的安徽國(guó)際金融中心（57

7、層，224米）采用此體系，鋼結(jié)構(gòu)用量76Kg/、鋼筋用量46Kg/；砼用量為0.46m3/。結(jié)構(gòu)造價(jià)較便宜。第13頁/共35頁第十三頁，共36頁。安徽國(guó)際(guj)金融中心第14頁/共35頁第十四頁，共36頁。四、超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮(kol)的主要因素 1、選擇恰當(dāng)?shù)目箓?cè)力體系 1）保證足夠的抗側(cè)剛度； 2）保證兩道抗震防線筒體、框架(kun ji)； 3）保證結(jié)構(gòu)的舒適度。第15頁/共35頁第十五頁，共36頁。結(jié)構(gòu)(jigu)體系第一道防線(fngxin)核心筒第二道防線(fngxin)框架第16頁/共35頁第十六頁，共36頁。 2、選擇恰當(dāng)?shù)臉巧w體系 鋼筋砼結(jié)構(gòu)體系宜選擇鋼筋砼主次梁樓蓋。

8、跨度一般在10米以內(nèi)較為經(jīng)濟(jì)。選擇寬扁梁，鋼筋用量一般增加20%左右。也有采用空心平板體系，跨度在9米以內(nèi)可考慮。 混合結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)一般選擇鋼梁組合樓板體系。主要是發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)施工速度快的特點(diǎn)。對(duì)于跨度大于12米的情況，經(jīng)濟(jì)性明顯。組合樓蓋主要有樓承板、鋼筋桁架板、鋼筋砼預(yù)制(y zh)現(xiàn)澆疊合板等形式。第17頁/共35頁第十七頁，共36頁。幾種組合樓板(lubn)型式第18頁/共35頁第十八頁，共36頁。 3、選擇恰當(dāng)?shù)臉?gòu)件組合型式 采用鋼筋砼柱時(shí)，一般采用鋼筋砼梁； 采用型鋼(xnggng)砼柱時(shí)，可采用鋼梁和鋼筋砼梁均可。取決于樓蓋體系。 采用鋼管砼柱（圓形、方形）時(shí)，應(yīng)盡量考慮采用鋼梁。

9、采用砼梁時(shí)應(yīng)注意節(jié)點(diǎn)的處理方式：砼環(huán)梁節(jié)點(diǎn)影響建筑立面。目前有采用鋼管開孔的節(jié)點(diǎn)型式，雖有試驗(yàn)結(jié)論，尚未形成規(guī)范。第19頁/共35頁第十九頁，共36頁。節(jié)點(diǎn)(ji din)實(shí)例第20頁/共35頁第二十頁，共36頁。 4、選擇恰當(dāng)?shù)幕A(chǔ)型式 基礎(chǔ)型式主要取決于地質(zhì)條件。恰當(dāng)?shù)幕A(chǔ)型式造價(jià)僅占主體造價(jià)的10%以內(nèi)。 選擇合理的持力層；如：強(qiáng)風(fēng)化(fnghu)承載力低、埋藏淺；微風(fēng)化(fnghu)承載力高、埋藏深。應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。 選擇最適合場(chǎng)地施工、質(zhì)量易控制的樁型。 綜合考慮樁基和承臺(tái)的成本。 主樓范圍外的地下室抗浮方案對(duì)成本影響較大。第21頁/共35頁第二十一頁，共36頁。五、影響結(jié)構(gòu)成本的幾

10、個(gè)(j )主要因素 1、基坑支護(hù)。 超高層結(jié)構(gòu)由于埋深的要求，地下室較深。一般至少(zhsho)三層，深度在15米以上。目前深基坑主要分樁錨體系和內(nèi)支撐體系兩大類。其中內(nèi)支撐體系中包含“逆作法”。 樁錨體系造價(jià)較高，安全性差。施工方便。 內(nèi)支撐體系相對(duì)便宜，安全性好。支撐影響上部結(jié)構(gòu)施工。如可采用逆作法，綜合效益會(huì)比較明顯。第22頁/共35頁第二十二頁，共36頁。內(nèi)支撐體系第23頁/共35頁第二十三頁，共36頁。 15米的深基坑造價(jià)在2.22.6萬元/延長(zhǎng)(ynchng)米。根據(jù)5060層結(jié)構(gòu)項(xiàng)目測(cè)算，按單棟10萬平米計(jì)算?；又ёo(hù)的造價(jià)約為80120元/。 2、樁基選型 除個(gè)別可以采用天然地

11、基的情況外，絕大多數(shù)超高層結(jié)構(gòu)采用樁基。樁基分為預(yù)制樁和灌注樁兩大類。 1）超高層建筑可以采用預(yù)應(yīng)力管樁的情況較少。主要采用鋼管樁，如上海金茂采用914的鋼管樁。承載力一般，造價(jià)較高，施工速度快。第24頁/共35頁第二十四頁，共36頁。 2）灌注樁。按成孔形式分為人工挖孔和機(jī)械成孔兩類。按受力型式分為摩擦樁和摩擦端承樁。 軟土地質(zhì)條件都是摩擦樁。由于其承載力較低，一般按群樁和厚筏板共同工作的方式設(shè)計(jì)。其特點(diǎn)是承臺(tái)較厚。在受力上，布樁與板厚的關(guān)系比較密切，需要做不同的方案進(jìn)行( jnxng)經(jīng)濟(jì)比較。 巖層埋藏較淺的地質(zhì)條件，應(yīng)首選大直徑摩擦端承樁。盡量做到一柱一樁，核心筒的樁布置在墻下。目的是

12、減小承臺(tái)厚度。第25頁/共35頁第二十五頁，共36頁。 根據(jù)(gnj)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，灌注樁的造價(jià)在100元/150元/之間。而筏板的厚度不同的方案相差較大，因此基礎(chǔ)選型的成本控制關(guān)鍵點(diǎn)是筏板，樁基是相對(duì)次要的。第26頁/共35頁第二十六頁，共36頁。 3、主體結(jié)構(gòu) 1）剪力墻 超高層的剪力墻一般抗震性能目標(biāo)都是將底部加強(qiáng)區(qū)設(shè)定為中震彈性。其抗剪承載力是小震的2.8倍左右。墻體的配筋率一般在0.6%以上，暗柱一般需要(xyo)設(shè)置型鋼。底部加強(qiáng)區(qū)的范圍取結(jié)構(gòu)總高度的1/8取整后再加一層的高度。 設(shè)置剛性加強(qiáng)層的結(jié)構(gòu)，其加強(qiáng)層以及上下層也常常需要(xyo)設(shè)定為中震彈性。配筋同底部加強(qiáng)區(qū)。 剪力墻的造

13、價(jià)在主體構(gòu)件中占35%左右。第27頁/共35頁第二十七頁，共36頁。底部加強(qiáng)(jiqing)區(qū)剛性(n xn)加強(qiáng)層非底部加強(qiáng)(jiqing)區(qū)剪力墻部位指示非底部加強(qiáng)區(qū)，一般按構(gòu)造配筋。分布筋為0.3%。第28頁/共35頁第二十八頁，共36頁。 2）框架柱 型鋼(xnggng)砼柱：在底部加強(qiáng)區(qū)按中震彈性設(shè)計(jì)。其余部位應(yīng)按規(guī)范4%的最小配鋼率配置型鋼(xnggng)。 鋼管砼柱：除底部加強(qiáng)區(qū)外，其余部位應(yīng)按計(jì)算值控制。 在鋼管或型鋼(xnggng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)特別注意材質(zhì)和鋼板厚度的需選擇。 普通的Q345B、C鋼材其強(qiáng)度按厚度分組，厚度超過35mm時(shí)，強(qiáng)度僅為265MPa，因此厚鋼板應(yīng)優(yōu)先

14、選擇Q345GJ的高建鋼，其強(qiáng)度不分組。第29頁/共35頁第二十九頁，共36頁。 此外，當(dāng)鋼板厚度超過40mm小于60mm時(shí)，必須提供Z15的Z向性能要求；大于60mm時(shí)需要(xyo)Z25性能。這樣的材料價(jià)格一般比中厚板高15%20%，且有一定的訂貨期。設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免采用。 當(dāng)柱斷面較大時(shí)，應(yīng)注意核算每層型鋼或鋼管的重量。盡量避免單件重量過大的情況，這往往是施工選擇塔吊的決定因素。超過36B的塔吊費(fèi)用將成幾倍的增加。在較長(zhǎng)的工期中，成本和用電量都很明顯增大。 柱的鋼材用鋼量一般占4045Kg/。第30頁/共35頁第三十頁，共36頁。 3）樓層梁 選擇(xunz)鋼梁體系的樓蓋其成本主要分為

15、：鋼梁、樓承板、鋼筋砼板三部分。成本主要與跨度有關(guān)。以12米跨為例，鋼梁40Kg/、樓承板100元/、砼0.12m3/、鋼筋6Kg/。樓層造價(jià)約500元/（含鋼梁防火涂料）。 選擇(xunz)鋼筋砼體系成本約為鋼結(jié)構(gòu)的60%70%。（當(dāng)然建筑效果沒有可比性）第31頁/共35頁第三十一頁，共36頁。結(jié)構(gòu)成本(chngbn)構(gòu)成分析（以230米高度為例）項(xiàng)目鋼材用量（Kg/)造價(jià)（元/）備注基坑支護(hù)80120基礎(chǔ)及底板250300剪力墻600800柱45500700梁板40 500第32頁/共35頁第三十二頁，共36頁。 總結(jié) 只要掌握了超高層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其成本(chngbn)控制的要點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的超高層結(jié)構(gòu)是可以做到的。文中的數(shù)據(jù)只代表個(gè)別項(xiàng)目，對(duì)普遍情況僅具有參考意義。但其內(nèi)容已基本涵蓋。 第33頁/共35頁第三十三頁，共36頁。謝謝(xi xie)！第34頁/共35頁第三十四頁，共36頁。謝謝您的觀看(gunkn)！第35頁/共35頁第三十五頁