超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)（PPT86頁）

1、陳彬磊2013年11月02日 廣西北海超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié) 城市關(guān)鍵點 單/雙塔 高度超200米 辦公/酒店 地下34層 工期緊張 預計建筑常規(guī)建筑特點標準層面積約2000平米（一個防火分區(qū)）或更大每間隔1517層設(shè)建筑避難層（結(jié)構(gòu)在部分層設(shè)為鋼臂層）中間為交通核，周邊為結(jié)構(gòu)柱建筑師的功夫：建筑表皮、頭頂/腳底層高和凈高 預計建筑一、結(jié)構(gòu)體系 二、構(gòu)件設(shè)計三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝四、造價工期五、超限報審 結(jié)構(gòu)師關(guān)注環(huán)節(jié)？一、結(jié)構(gòu)體系 關(guān)注環(huán)節(jié)？一、結(jié)構(gòu)體系 體系構(gòu)件邊緣化 構(gòu)件高強材料邊緣化 發(fā)揮豎向構(gòu)件集束效應 發(fā)揮邊框架的抗傾覆效力 發(fā)揮邊框架立面剛度一、結(jié)構(gòu)體系 體系構(gòu)件邊緣化核心筒周邊、核心大

2、墻 構(gòu)件高強材料邊緣化鋼管/鋼管混凝土 發(fā)揮豎向構(gòu)件集束效應成束筒 發(fā)揮邊框架的抗傾覆效力剛臂層、環(huán)桁架 發(fā)揮邊框架立面剛度巨型斜撐青島萬邦中心青島萬邦中心1#樓結(jié)構(gòu)-標準層 青島萬邦中心周邊組合柱鋼構(gòu)件支撐混凝土核心筒伸臂桁架&支撐層支撐層豎向體系由周邊柱支撐的組合樓板抗側(cè)力體系雙重體系核心筒&伸臂桁架周邊鋼支撐美國赫斯特總部42層紐約桁架鋼外框+核心筒美國赫斯特總部182米上海環(huán)球金融中心豎直的立放的桁架抗水平的風力和地震作用一、結(jié)構(gòu)體系 減輕結(jié)構(gòu)重量，特別是樓板 筒、邊框架間的剛度匹配，降低筒剛度，適當提高邊框剛度橫向風振動的舒適度（住宅類） 風洞試驗、阻尼器一、結(jié)構(gòu)體系關(guān)注環(huán)節(jié)？結(jié)構(gòu)可

3、選體系1.2.1 現(xiàn)澆鋼管混凝土框架剪力墻核心筒混合結(jié)構(gòu)1.2.2 現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)體系1.2.3 鋼框架支撐結(jié)構(gòu)體系描述1.2.1 現(xiàn)澆鋼管混凝土框架剪力墻核心筒混合結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)構(gòu)件 鋼管混凝土柱 鋼梁（工廠焊接H型鋼） 核心筒（內(nèi)設(shè)小尺寸H型鋼框架以滿足埋件定位，消除鋼結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆 混凝土結(jié)構(gòu)的施工誤差） 壓型鋼板組合樓板（不涂防火涂料）/ 鋼筋桁架模板一、結(jié)構(gòu)體系混合結(jié)構(gòu)施工結(jié)構(gòu)特點：造價適中構(gòu)件輕基礎(chǔ)負擔小有效面積損失小施工迅速快捷立體交叉的作業(yè)面工期短一、結(jié)構(gòu)體系現(xiàn)澆鋼管混凝土框架剪力墻核心筒混合結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計、施工難點： 超長現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求和施工控制 鋼

4、管混凝土結(jié)構(gòu)施工澆筑技術(shù) 泵送頂升澆注法 立式高位拋落自密實混凝土配合局部振搗法 通常要控制塌落度230250、擴展度550650（結(jié)合試配） 鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)施工精度差異的協(xié)調(diào)措施 鋼管柱與混凝土梁的交接（地下結(jié)構(gòu)） 鋼管柱與工字鋼梁的連接（地上結(jié)構(gòu)） 鋼臂層與剪力墻、外柱的連接（頂層） 鋼邊梁與幕墻埋件的協(xié)調(diào)統(tǒng)一協(xié)調(diào)、一并解決一、結(jié)構(gòu)體系單元式幕墻的結(jié)構(gòu)預留條件 關(guān)注環(huán)節(jié)？一、結(jié)構(gòu)體系1.3.1 結(jié)構(gòu)加強層（鋼臂層）的設(shè)定1.3.1c 再選高度1/2或下1/3處；1.3.1a 首選高度的上1/3處；1.3.1b 次選屋頂層；目的：發(fā)揮邊框架的抗側(cè)能力，提高整體抗側(cè)剛度數(shù)量夠了即可！一、結(jié)

5、構(gòu)體系1.3.2 結(jié)構(gòu)加強層的重點1.3.2c 高度1/2或下1/3處核算合攏時機；1.3.2a 至少一層全高設(shè)置；1.3.2b 注意構(gòu)造連接；一、結(jié)構(gòu)體系1.3.3 結(jié)構(gòu)加強層的實施計算分析需要的條件下，可能設(shè)置結(jié)構(gòu)加強層在建筑避難層（ 每間隔1517層 ）屋頂層（高位水箱及設(shè)備層）1.4 建筑層高一、結(jié)構(gòu)體系建筑凈高是業(yè)主關(guān)注的、影響使用的主要問題影響層高的主要因素結(jié)構(gòu)梁所占高度（中筒距外柱跨度）；空調(diào)干管的高度及位置； 消防噴淋管的高度； 電纜橋架的高度及位置； 照明燈具的選型； 吊頂構(gòu)造厚度。 建筑做法及架空地板高度；結(jié)構(gòu)樓板厚度；一、結(jié)構(gòu)體系二、構(gòu)件設(shè)計關(guān)注環(huán)節(jié)？2.1 結(jié)構(gòu)板二、構(gòu)

6、件設(shè)計2.2 結(jié)構(gòu)梁2.3 結(jié)構(gòu)柱2.4 結(jié)構(gòu)墻2.1 結(jié)構(gòu)板二、構(gòu)件設(shè)計2.1 結(jié)構(gòu)板的選擇2.1.1c 壓型鋼板組合樓板（開口、閉口、縮口）；2.1.1a 懸掛式現(xiàn)澆樓板；2.1.1b 鋼筋桁架式樓板；2.1.1 現(xiàn)澆鋼管混凝土框架剪力墻核心筒混合結(jié)構(gòu)的樓板二、構(gòu)件設(shè)計懸掛式現(xiàn)澆樓板山東省特有施工工藝（配合鋼結(jié)構(gòu)）2.1.1 現(xiàn)澆鋼管混凝土框架剪力墻核心筒混合結(jié)構(gòu)的樓板二、構(gòu)件設(shè)計2.1.1a 懸掛式現(xiàn)澆樓板；2.1.1 現(xiàn)澆鋼管混凝土框架剪力墻核心筒混合結(jié)構(gòu)的樓板二、構(gòu)件設(shè)計2.1.1b 鋼筋桁架式樓板；工廠加工自承模板鋼筋配套待補上鐵鋼筋桁架式樓板；二、構(gòu)件設(shè)計二、構(gòu)件設(shè)計2.1.1c

7、 壓型鋼板組合樓板2.1.1 現(xiàn)澆鋼管混凝土框架剪力墻核心筒混合結(jié)構(gòu)的樓板所有壓型鋼板應提出鍍鋅量的要求：雙面鍍鋅不小于275g/m2（或按照環(huán)境要求）施工階段通常不應設(shè)置臨時支撐板下不設(shè)防火涂料即可滿足本工程樓板的防火要求板邊的收頭：板邊/洞口邊/與剪力墻銜接 壓型鋼板應關(guān)注的細節(jié)二、構(gòu)件設(shè)計2.1.1c 壓型鋼板組合樓板2.1.1 現(xiàn)澆鋼管混凝土框架剪力墻核心筒混合結(jié)構(gòu)的樓板壓型鋼板組合樓板的三種形式 開口型 閉口型 縮口型 開口型壓型鋼板現(xiàn)澆樓板二、構(gòu)件設(shè)計閉口型壓型鋼板現(xiàn)澆樓板二、構(gòu)件設(shè)計110 (min)閉口型壓型鋼板現(xiàn)澆樓板的懸掛系統(tǒng)二、構(gòu)件設(shè)計2.2 結(jié)構(gòu)梁二、構(gòu)件設(shè)計考慮到建筑

8、、結(jié)構(gòu)、設(shè)備專業(yè)的相互要求2.2.1 現(xiàn)澆鋼管混凝土框架剪力墻核心筒混合結(jié)構(gòu)的梁二、構(gòu)件設(shè)計2.2 結(jié)構(gòu)梁2.2.1c 實腹式組合鋼梁2.2.1a 鋼桁架梁2.2.1b 實腹式開孔組合鋼梁2.2.1d 實腹式變截面組合鋼梁LG大廈的標準層LG大廈的標準層樓層水平構(gòu)件（推薦） 變截面組合鋼梁二、構(gòu)件設(shè)計2.2.1d 變截面組合鋼梁2.2.1d 變截面組合鋼梁標準層采用變截面梁 內(nèi)側(cè)臨核心筒走廊穿風道處梁高降至最小，將風道緊貼梁底； 跨中梁腹板預留洞口供管網(wǎng)穿越，以提高整層吊頂高度； 外側(cè)至柱邊梁加腋使得與邊梁等高，合并柱上橫隔板，加強結(jié) 構(gòu)整體剛度 鋼梁：兩端鉸結(jié)，全梁按照組合鋼梁設(shè)計，發(fā)揮鋼梁

9、與現(xiàn)澆樓板的組合作用二、構(gòu)件設(shè)計2.2.1d 變截面組合鋼梁二、構(gòu)件設(shè)計組合鋼梁2.3 結(jié)構(gòu)柱二、構(gòu)件設(shè)計2.3 結(jié)構(gòu)柱2.3.1 方鋼管混凝土柱2.3.2 圓鋼管混凝土柱2.3.3 現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱2.3.4 鋼骨混凝土柱2.3.5 鋼柱二、構(gòu)件設(shè)計2.3 結(jié)構(gòu)柱2.3.4 鋼骨混凝土柱鋼骨混凝土柱與外斜撐的交接二、構(gòu)件設(shè)計層層層二、構(gòu)件設(shè)計層層層二、構(gòu)件設(shè)計層層層二、構(gòu)件設(shè)計2.4 結(jié)構(gòu)墻二、構(gòu)件設(shè)計2.4 結(jié)構(gòu)墻2.4.1 現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻2.4.2 現(xiàn)澆鋼骨混凝土墻2.4.3 鋼板剪力墻2.4.4 鋼支撐二、構(gòu)件設(shè)計三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝 關(guān)注環(huán)節(jié)？3.1. 鋼結(jié)構(gòu)加工三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝

10、箱型截面的加工技術(shù)熔嘴電渣焊三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝 箱型截面的加工技術(shù)熔嘴電渣焊三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝設(shè)計師易忽略的細節(jié)：板厚度不應小于16為厚板立焊平行對稱焊接對于關(guān)鍵重要部位，要進行焊后熱處理，以細化晶粒，提高沖擊韌性 圓型截面的輥彎技術(shù)徑厚比三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝 徑厚比通常為1/25，即直徑500時最厚可用20mm 好的加工企業(yè)可以做到1/20 圓型截面的輥彎技術(shù)端部有小的平直段三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝 平直段設(shè)計整園時要切掉，作為損耗 鋼板輥彎機的工作原理 截面的相貫切割技術(shù)三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝目前的施工技術(shù)：圓管截面的加工通常會在現(xiàn)場進行任意截面的相貫技術(shù)均可實施 埋弧自動焊所需尺寸三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝

11、設(shè)計環(huán)節(jié)：留出足夠的焊頭需要的空間對于厚板可能要雙側(cè)同時平行施焊3.2. 鋼結(jié)構(gòu)涂裝三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝 鋼結(jié)構(gòu)禁止涂漆部位： 地腳螺栓和底板 高強度螺栓摩擦接觸面 與混凝土緊貼或埋入部分（鋼骨混凝土） 焊接封閉的空心截面內(nèi)壁工地焊接部位及兩側(cè)100mm、且滿足超聲探傷要求的范圍（此范圍內(nèi)應進行不影響焊接的防銹處理）3.2.1 鋼結(jié)構(gòu)表面處理三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝3.2.1c 火焰除銹 FI3.2.1a 噴射或拋射除銹 Sa 3.2.1b 手工和動力工具除銹 St評定表面銹蝕等級、除銹等級時，均以正常視力目測為準3.2.1 鋼結(jié)構(gòu)表面處理三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝3.2.1a 噴射或拋射除銹 Sa Sa 2

12、.5 （用于有涂裝要求的鋼構(gòu)件）3.2.1 鋼結(jié)構(gòu)表面處理三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝3.2.1b 手工和動力工具除銹 StSt2 （可用于埋入混凝土中的鋼骨） 3.2.2 鋼結(jié)構(gòu)涂裝厚度依照ISO 12944鋼結(jié)構(gòu)防護涂料系統(tǒng)的防腐蝕保護(Corrosion Protection of Steel Structures by Protective Paint Systems ) 執(zhí)行，分為：三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝ISO 12944 大氣腐蝕等級典型環(huán)境C1 、C2低污染的鄉(xiāng)間。有供暖的室內(nèi)/中性的大氣環(huán)境。C3城市工業(yè)大氣環(huán)境。中等二氧化硫水平。C4沿海岸的工業(yè)環(huán)境。化工廠。C5I具有高濕度、強腐蝕環(huán)境的

13、工業(yè)地區(qū)。C5M海洋環(huán)境、海上平臺及高鹽分的海岸地區(qū)。3.2.2 鋼結(jié)構(gòu)涂裝厚度三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝大氣腐蝕環(huán)境設(shè)計涂層干膜厚度（微米）年限：5年年限：515年年限：15年C1、C280150200C3120160200C4160200240（含鋅底漆）280（不含鋅底漆）C5I、C5M200280320依照ISO 12944鋼結(jié)構(gòu)防護涂料系統(tǒng)的防腐蝕保護(Corrosion Protection of Steel Structures by Protective Paint Systems ) 執(zhí)行，分為：3.2.3 鋼結(jié)構(gòu)涂裝順序3.2.3a 底漆3.2.3b 中間漆3.2.3c 防火涂料（

14、如有）3.2.3d 封閉漆（如有）3.2.3e 面漆（顏色由建筑師定）三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝3.2.3 鋼結(jié)構(gòu)涂裝順序需防火但不外露的組合： 底漆+中間漆+防火涂料三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝不需防火的組合： 底漆+中間漆+ 面漆（顏色由建筑師定）需防火且外露的組合： 底漆+中間漆+防火涂料+封閉漆+面漆（顏色由建筑師定）3.2.4c 防火涂料（如有）三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝防火原理/防火時間/材料厚度/粘結(jié)強度GB14907-2002 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料圖紙要求實例：三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝3.2.4c 防火涂料（如有）三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝重要環(huán)節(jié)當?shù)叵啦块T的認可材料、厚度3.3. 鋼結(jié)構(gòu)的檢測三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝3.3.

15、1 鋼結(jié)構(gòu)檢測手段（按照成本低高排列）3.3.1a 目測3.3.1b 超聲波UT（Ultrasonic test ）探傷3.3.1c 磁粉MT（Magnetic particle testing ）探傷3.3.1d 射線RT（radiographic test ）探傷 現(xiàn)場不宜采用、要求清場三、鋼結(jié)構(gòu)加工涂裝四、鋼結(jié)構(gòu)造價 關(guān)注環(huán)節(jié)？鋼結(jié)構(gòu)工程造價構(gòu)成：鋼材費用 （40%）制作安裝費用（30%）防火材料費用（30%）鋼結(jié)構(gòu)造價隨著樓層數(shù)量的增加、建筑使用面積增加、施工工期縮短，鋼結(jié)構(gòu)造價會趨于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，甚至更經(jīng)濟。關(guān)鍵因素用鋼量4.1. 材料要求四、鋼結(jié)構(gòu)造價4.1.1 鋼材4.1.1a

16、 結(jié)構(gòu)用鋼的標識 Q345GJCZ154.1.1b 結(jié)構(gòu)用鋼的標識的等級 Q235/Q3454.1.1c 高層結(jié)構(gòu)用鋼 Q345GJC4.1.1d 厚度方向性能 Z15/Z25/Z35四、鋼結(jié)構(gòu)造價4.1.1 鋼材低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼高層結(jié)構(gòu)用鋼四、鋼結(jié)構(gòu)造價4.1.1 鋼材 常規(guī)鋼板幅寬：20002500 2022厚 普通結(jié)構(gòu)鋼 Q235C 每噸 4000元 （基準） 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 Q345C 每噸 4150元 （+150） 高層結(jié)構(gòu)用鋼 Q345GJC 每噸 4250元 （+250） Z向性能加價 Z15 每噸 200元 Z25 每噸 200元 不同等級的加價 BC 每噸 50元 CD 每噸 100元 四、鋼結(jié)構(gòu)造價4.1.1 鋼材考慮工作溫度，在B、C間選擇構(gòu)造控制的結(jié)構(gòu)采用Q235*，受力控制的采用Q345*對于不小于35mm厚的鋼板，采用低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼對于大于35mm厚的鋼板，采用GJ高層結(jié)構(gòu)用鋼對于厚度大于40mm厚的鋼板，用Z15的要求（厚度方向受拉）對于厚度大于60mm厚的鋼板，用Z25的要求鋼材的選擇四、鋼