RBS（容柏生）300m以上超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和成本控制

超高層結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)和成本控控制廣州容柏生建建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)事務(wù)所魏捷2010年8月27日一、超高層的的定義我國(guó)90年代初期超高高層的定義是是超過(guò)100米的建筑。90年代末期深圳圳出現(xiàn)了地王王大廈324.8米、賽格廣場(chǎng)場(chǎng)278.8米的超高層，，上海也建成成了金茂大廈廈420米。進(jìn)入21世紀(jì)的十年，，高度被不斷斷刷新，已建建成最高的建建筑是上海環(huán)環(huán)球金融中心心，高度為492米。90年代超高層代代表超過(guò)400米高層一覽從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的的角度，一般般認(rèn)為超過(guò)《高層建筑混凝凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)術(shù)規(guī)程》高度限值規(guī)定定的高層稱之之為“超高層層”。二、超高層結(jié)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1、超高層的主主要受力特點(diǎn)點(diǎn)：影響結(jié)構(gòu)構(gòu)布置和結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件尺寸的的主要因素是是水平力的作作用——地震作用和風(fēng)風(fēng)作用。2、地震作用主主要是由結(jié)構(gòu)構(gòu)自重產(chǎn)生的的慣性力。主要影響因素素為：結(jié)構(gòu)自自重、結(jié)構(gòu)剛剛度以及結(jié)構(gòu)構(gòu)的阻尼比。。在高烈度地地震區(qū)（如北北京、西安、、昆明、?？诳诘?度區(qū)）以及Ⅳ類場(chǎng)地的7度區(qū)（上海、、天津部分地地區(qū)），地震震作用起主導(dǎo)導(dǎo)。對(duì)結(jié)構(gòu)的要求求是在具備一一定剛度的同同時(shí)應(yīng)盡量減減小結(jié)構(gòu)的自自重。3、在沿海地區(qū)區(qū)，深圳、廈廈門、三亞等等地區(qū)，由于于風(fēng)荷載較大大，對(duì)超高層層其主要作用用的是風(fēng)荷載載。主要是100年一遇對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)變形的影響響以及10年一遇對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)舒適度的影影響。對(duì)結(jié)構(gòu)的要求求是具有足夠夠的結(jié)構(gòu)剛度度。三、超高層的的結(jié)構(gòu)體系超高層從抗側(cè)側(cè)力的角度主主要有：1、框架；2、剪力墻（含含筒體）；3、支撐三類構(gòu)構(gòu)件。一般需要設(shè)置置兩道防線。。常用的組合合為：1+2、1+3、1+2+3三種。按材料劃分主主要有：a、鋼筋砼結(jié)構(gòu)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。1、鋼筋砼框架架—筒體結(jié)構(gòu)（a，1+2）在較低的超超高層（200米以下）中應(yīng)應(yīng)用較為普遍遍。它具有：：1）剛度大；2）結(jié)構(gòu)自重較較大（大于20KN/㎡㎡)；3）阻尼比大（（0.05）；4）造價(jià)相對(duì)低低廉等特點(diǎn)。。在8度以下地區(qū)采采用優(yōu)勢(shì)較為為明顯。目前前，即使超過(guò)過(guò)300米的結(jié)構(gòu)仍然然有一定優(yōu)勢(shì)勢(shì)。例如：深深圳的漢國(guó)大大廈。高311.9米，75層。由于核心心筒距離外框框架柱跨度較較?。?米），采用砼砼體系仍然較較為經(jīng)濟(jì)。按按施工圖統(tǒng)計(jì)計(jì)，結(jié)構(gòu)造價(jià)價(jià)約2700元/㎡。深圳漢國(guó)大廈廈提高結(jié)構(gòu)的剛剛度是本工程程的主要目標(biāo)標(biāo)。設(shè)計(jì)時(shí)以以控制風(fēng)荷載載位移為目標(biāo)標(biāo)，同時(shí)驗(yàn)算算結(jié)構(gòu)在不同同目標(biāo)風(fēng)速下下的加速度。?；炷翗巧w和和鋼結(jié)構(gòu)組合合樓蓋的比較較——材料用量材料類型構(gòu)件

組合樓蓋

混凝土樓蓋

混凝土/組合方案

混凝土(m3)墻2915829158

柱80028002

梁-8598

樓板(包含核心筒梁)

1982019820

總計(jì)5697965577115.1%平均(m3/m2)0.500.58115.1%用鋼量

(t)壓型鋼板(m2)81500-F15以下墻體內(nèi)埋666666

柱69796979

伸臂桁架39073907

梁7303-

總計(jì)188551155361.3%平均(kg/m2)16710261.3%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)自重輕輕（10~13KN/㎡）；3）阻尼比?。ǎ?.02）；4）造價(jià)相對(duì)較較高等特點(diǎn)。。在8度及以上地區(qū)區(qū)采用優(yōu)勢(shì)較較為明顯。例例如：天津津津塔、北京銀銀泰中心等。。由于構(gòu)件尺尺寸較小，節(jié)節(jié)省較多建筑筑空間。北京京銀泰高250米，標(biāo)準(zhǔn)層僅僅為40米X40米；在使用空空間相同的情情況下，比一一般的砼結(jié)構(gòu)構(gòu)的45米X45米的平面節(jié)省面積26.5%。北京銀泰用鋼鋼量168Kg/㎡；天津津塔用鋼鋼量191Kg/㎡。結(jié)構(gòu)造價(jià)超過(guò)過(guò)3000元/㎡北京銀泰津津塔銀泰平面津津塔平平面3、鋼—砼混合結(jié)構(gòu)體體系主要是指指框架的梁、、柱為鋼梁、、鋼管砼柱或或型鋼砼柱；；核心筒為鋼鋼筋砼筒體。。應(yīng)用范圍較較廣。具有：：1）剛度大；2）自重適中（（17~18KN/㎡）；3）阻尼比0.035~0.04；4）造價(jià)介于砼砼和鋼結(jié)構(gòu)之之間。目前，，國(guó)內(nèi)高度前前幾位的超高高層建筑均采采用此種體系系。我所設(shè)計(jì)計(jì)的安徽國(guó)際際金融中心（（57層，224米）采用此此體系，鋼鋼結(jié)構(gòu)用量量76Kg/㎡、鋼筋用量量46Kg/㎡；砼用量為為0.46m3/㎡。結(jié)構(gòu)造價(jià)價(jià)較便宜。。安徽國(guó)際金金融中心四、超高層層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)考慮的主主要因素1、選擇恰當(dāng)當(dāng)?shù)目箓?cè)力力體系1）保證足夠夠的抗側(cè)剛剛度；2）保證兩道道抗震防線線—筒體、框架架；3）保證結(jié)構(gòu)構(gòu)的舒適度度。結(jié)構(gòu)體系第一道防線線核心筒第二道防線線框架2、選擇恰當(dāng)當(dāng)?shù)臉巧w體體系鋼筋砼結(jié)構(gòu)構(gòu)體系宜選選擇鋼筋砼砼主次梁樓樓蓋。跨度度一般在10米以內(nèi)較為為經(jīng)濟(jì)。選選擇寬扁梁梁，鋼筋用用量一般增增加20%左右。也有有采用空心心平板體系系，跨度在在9米以內(nèi)可考考慮?；旌辖Y(jié)構(gòu)、、鋼結(jié)構(gòu)一一般選擇鋼鋼梁—組合樓板體體系。主要要是發(fā)揮鋼鋼結(jié)構(gòu)施工工速度快的的特點(diǎn)。對(duì)對(duì)于跨度大大于12米的情況，，經(jīng)濟(jì)性明明顯。組合合樓蓋主要要有樓承板板、鋼筋桁桁架板、鋼鋼筋砼預(yù)制制現(xiàn)澆疊合合板等形式式。幾種組合樓樓板型式3、選擇恰當(dāng)當(dāng)?shù)臉?gòu)件組組合型式采用鋼筋砼砼柱時(shí)，一一般采用鋼鋼筋砼梁；；采用型鋼砼砼柱時(shí)，可可采用鋼梁梁和鋼筋砼砼梁均可。。取決于樓樓蓋體系。。采用鋼管砼砼柱（圓形形、方形））時(shí)，應(yīng)盡盡量考慮采采用鋼梁。。采用砼梁梁時(shí)應(yīng)注意意節(jié)點(diǎn)的處處理方式：：砼環(huán)梁節(jié)節(jié)點(diǎn)影響建建筑立面。。目前有采采用鋼管開(kāi)開(kāi)孔的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)型式，雖雖有試驗(yàn)結(jié)結(jié)論，尚未未形成規(guī)范范。節(jié)點(diǎn)實(shí)例4、選擇恰當(dāng)當(dāng)?shù)幕A(chǔ)型型式基礎(chǔ)型式主主要取決于于地質(zhì)條件件。恰當(dāng)?shù)牡幕A(chǔ)型式式造價(jià)僅占占主體造價(jià)價(jià)的10%以內(nèi)。選擇合理的的持力層；；如：強(qiáng)風(fēng)風(fēng)化承載力力低、埋藏藏淺；微風(fēng)風(fēng)化承載力力高、埋藏藏深。應(yīng)進(jìn)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分分析。選擇最適合合場(chǎng)地施工工、質(zhì)量易易控制的樁樁型。綜合考慮樁樁基和承臺(tái)臺(tái)的成本。。主樓范圍外外的地下室室抗浮方案案對(duì)成本影影響較大。。五、影響結(jié)結(jié)構(gòu)成本的的幾個(gè)主要要因素1、基坑支護(hù)護(hù)。超高層結(jié)構(gòu)構(gòu)由于埋深深的要求，，地下室較較深。一般般至少三層層，深度在在15米以上。目目前深基坑坑主要分樁樁錨體系和和內(nèi)支撐體體系兩大類類。其中內(nèi)內(nèi)支撐體系系中包含““逆作法””。樁錨體系造造價(jià)較高，，安全性差差。施工方方便。內(nèi)支撐體系系相對(duì)便宜宜，安全性性好。支撐撐影響上部部結(jié)構(gòu)施工工。如可采采用逆作法法，綜合效效益會(huì)比較較明顯。內(nèi)支撐體系系15米的深基坑坑造價(jià)在2.2~2.6萬(wàn)元/延長(zhǎng)米。根根據(jù)50~60層結(jié)構(gòu)項(xiàng)目目測(cè)算，按按單棟10萬(wàn)平米計(jì)算算?；又еёo(hù)的造價(jià)價(jià)約為80~120元/㎡。2、樁基選型型除個(gè)別可以以采用天然然地基的情情況外，絕絕大多數(shù)超超高層結(jié)構(gòu)構(gòu)采用樁基基。樁基分分為預(yù)制樁樁和灌注樁樁兩大類。。1）超高層建建筑可以采采用預(yù)應(yīng)力力管樁的情情況較少。。主要采用用鋼管樁，，如上海金金茂采用Φ914的鋼管樁。。承載力一一般，造價(jià)價(jià)較高，施施工速度快快。2）灌注樁。。按成孔形形式分為人人工挖孔和和機(jī)械成孔孔兩類。按按受力型式式分為摩擦擦樁和摩擦擦端承樁。。軟土地質(zhì)條條件都是摩摩擦樁。由由于其承載載力較低，，一般按群群樁和厚筏筏板共同工工作的方式式設(shè)計(jì)。其其特點(diǎn)是承承臺(tái)較厚。。在受力上上，布樁與與板厚的關(guān)關(guān)系比較密密切，需要要做不同的的方案進(jìn)行行經(jīng)濟(jì)比較較。巖層埋藏較較淺的地質(zhì)質(zhì)條件，應(yīng)應(yīng)首選大直直徑摩擦端端承樁。盡盡量做到一一柱一樁，，核心筒的的樁布置在在墻下。目目的是減小小承臺(tái)厚度度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，灌注注樁的造價(jià)價(jià)在100元/㎡~150元/㎡之間。而筏筏板的厚度度不同的方方案相差較較大，因此此基礎(chǔ)選型型的成本控控制關(guān)鍵點(diǎn)點(diǎn)是筏板，，樁基是相相對(duì)次要的的。3、主體結(jié)構(gòu)構(gòu)1）剪力墻超高層的剪剪力墻一般般抗震性能能目標(biāo)都是是將底部加加強(qiáng)區(qū)設(shè)定定為中震彈彈性。其抗抗剪承載力力是小震的的2.8倍左右。墻墻體的配筋筋率一般在在0.6%以上，暗柱柱一般需要要設(shè)置型鋼鋼。底部加加強(qiáng)區(qū)的范范圍取結(jié)構(gòu)構(gòu)總高度的的1/8取整后再加加一層的高高度。設(shè)置剛性加加強(qiáng)層的結(jié)結(jié)構(gòu)，其加加強(qiáng)層以及及上下層也也常常需要要設(shè)定為中中震彈性。。配筋同底底部加強(qiáng)區(qū)區(qū)。剪力墻的造造價(jià)在主體體構(gòu)件中占占35%左右。底部加強(qiáng)區(qū)區(qū)剛性加強(qiáng)層層非底部加強(qiáng)強(qiáng)區(qū)剪力墻部位位指示非底部加強(qiáng)強(qiáng)區(qū)，一般般按構(gòu)造配配筋。分布布筋為0.3%。2）框架柱型鋼砼柱：：在底部加加強(qiáng)區(qū)按中中震彈性設(shè)設(shè)計(jì)。其余余部位應(yīng)按按規(guī)范4%的最小配鋼鋼率配置型型鋼。鋼管砼柱：：除底部加加強(qiáng)區(qū)外，，其余部位位應(yīng)按計(jì)算算值控制。。在鋼管或型型鋼的設(shè)計(jì)計(jì)中，應(yīng)特特別注意材材質(zhì)和鋼板板厚度的需需選擇。普通的Q345B、C鋼材其強(qiáng)度度按厚度分分組，厚度度超過(guò)35mm時(shí)，強(qiáng)度僅僅為265MPa，因此厚鋼鋼板應(yīng)優(yōu)先先選擇Q345GJ的高建鋼，，其強(qiáng)度不不分組。此外，當(dāng)鋼鋼板厚度超超過(guò)40mm小于60mm時(shí)，必須提提供Z15的Z向性能要求求；大于60mm時(shí)需要Z25性能。這樣樣的材料價(jià)價(jià)格一般比比中厚板高高15%~20%，且有一定定的訂貨期期。設(shè)計(jì)中中應(yīng)盡量避避免采用。。當(dāng)柱斷面較較大時(shí)，應(yīng)應(yīng)注意核算算每層型鋼鋼或鋼管的的重量。盡盡量避免單單件重量過(guò)過(guò)大的情況況，這往往往是施工選選擇塔吊的的決定因素素。超過(guò)36B的塔吊費(fèi)用用將成幾倍倍的增加。。在較長(zhǎng)的的工期中，，成本和用用電量都很很明顯增大大。柱的鋼材用用鋼量一般般占40~45Kg/㎡㎡。3）樓層梁選擇鋼梁體體系的樓蓋蓋其成本主主要分為：：鋼梁、樓樓承板、鋼鋼筋砼板三三部分。成成本主要與與跨度有關(guān)關(guān)。以12米跨為例，，鋼梁40Kg/㎡、樓樓承承板板100元/㎡㎡、砼砼0.12m3/㎡㎡、鋼鋼筋筋6Kg/㎡㎡。樓樓層層造造價(jià)價(jià)約約500元/㎡㎡（含含鋼鋼梁梁防防火火涂涂料料））