RBS容柏生300m以上超高層結(jié)構(gòu)設計和成本控制

超高層結(jié)構(gòu)設計和成本控制廣州容柏生建筑結(jié)構(gòu)設計事務所魏捷2010年8月27日一、超高層的定義我國90年代初期超高層的定義是超過100米的建筑。90年代末期深圳出現(xiàn)了地王大廈324.8米、賽格廣場278.8米的超高層，上海也建成了金茂大廈420米。進入21世紀的十年，高度被不斷刷新，已建成最高的建筑是上海環(huán)球金融中心，高度為492米。90年代超高層代表超過400米高層一覽從結(jié)構(gòu)設計的角度，一般認為超過《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”。

二、超高層結(jié)構(gòu)的特點1、超高層的主要受力特點：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——地震作用和風作用。2、地震作用主要是由結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的慣性力。主要影響因素為：結(jié)構(gòu)自重、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、昆明、?？诘?度區(qū)）以及Ⅳ類場地的7度區(qū)（上海、天津部分地區(qū)），地震作用起主導。對結(jié)構(gòu)的要求是在具備一定剛度的同時應盡量減小結(jié)構(gòu)的自重。3、在沿海地區(qū)，深圳、廈門、三亞等地區(qū)，由于風荷載較大，對超高層其主要作用的是風荷載。主要是100年一遇對結(jié)構(gòu)變形的影響以及10年一遇對結(jié)構(gòu)舒適度的影響。對結(jié)構(gòu)的要求是具有足夠的結(jié)構(gòu)剛度。三、超高層的結(jié)構(gòu)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、支撐三類構(gòu)件。一般需要設置兩道防線。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。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）中應用較為普遍。它具有：1）剛度大；2）結(jié)構(gòu)自重較大（大于20KN/㎡)；3）阻尼比大（0.05）；4）造價相對低廉等特點。在8度以下地區(qū)采用優(yōu)勢較為明顯。目前，即使超過300米的結(jié)構(gòu)仍然有一定優(yōu)勢。例如：深圳的漢國大廈。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。按施工圖統(tǒng)計，結(jié)構(gòu)造價約2700元/㎡。深圳漢國大廈提高結(jié)構(gòu)的剛度是本工程的主要目標。設計時以控制風荷載位移為目標，同時驗算結(jié)構(gòu)在不同目標風速下的加速度?；炷翗巧w蓋和鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)組合樓蓋蓋的比較——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）剛度較大大；2）結(jié)構(gòu)自重重輕（10~13KN/㎡㎡）；3）阻尼比小小（0.02）；4）造價相對對較高等特特點。在8度及以上地地區(qū)采用優(yōu)優(yōu)勢較為明明顯。例如如：天津津津塔、北京京銀泰中心心等。由于于構(gòu)件尺寸寸較小，節(jié)節(jié)省較多建建筑空間。。北京銀泰泰高250米，，標標準準層層僅僅為為40米X40米；；在在使使用用空空間間相相同同的的情情況況下下，，比比一一般般的的砼砼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的45米X45米的的平平面面節(jié)省省面面積積26.5%。北京京銀銀泰泰用用鋼鋼量量168Kg/㎡㎡；天津津津津塔塔用用鋼鋼量量191Kg/㎡㎡。結(jié)構(gòu)構(gòu)造造價價超超過過3000元/㎡北京京銀銀泰泰津津塔塔銀泰泰平平面面津津塔塔平平面面3、鋼鋼—砼混混合合結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系主主要要是是指指框框架架的的梁梁、、柱柱為為鋼鋼梁梁、、鋼鋼管管砼砼柱柱或或型型鋼鋼砼砼柱柱；；核核心心筒筒為為鋼鋼筋筋砼砼筒筒體體。。應應用用范范圍圍較較廣廣。。具具有有：：1）剛剛度度大大；；2）自自重重適適中中（（17~18KN/㎡㎡）；；3）阻阻尼尼比比0.035~0.04；4）造造價價介介于于砼砼和和鋼鋼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)之之間間。。目目前前，，國國內(nèi)內(nèi)高高度度前前幾幾位位的的超超高高層層建建筑筑均均采采用用此此種種體體系系。。我我所所設設計計的的安安徽徽國國際際金金融融中中心心（（57層，，224米））采采用用此此體體系系，，鋼鋼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)用用量量76Kg/㎡㎡、鋼鋼筋筋用用量量46Kg/㎡㎡；砼砼用用量量為為0.46m3/㎡㎡。結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)造造價價較較便便宜宜。。安徽徽國國際際金金融融中中心心四、、超超高高層層結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設設計計考考慮慮的的主主要要因因素素1、選選擇擇恰恰當當?shù)牡目箍箓?cè)側(cè)力力體體系系1）保保證證足足夠夠的的抗抗側(cè)側(cè)剛剛度度；；2）保保證證兩兩道道抗抗震震防防線線—筒體體、、框框架架；；3）保保證證結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的舒舒適適度度。。結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系第一一道道防防線線核核心心筒筒第二二道道防防線線框框架架2、選選擇擇恰恰當當?shù)牡臉菢巧w蓋體體系系鋼筋筋砼砼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系宜宜選選擇擇鋼鋼筋筋砼砼主主次次梁梁樓樓蓋蓋。?？缈缍榷纫灰话惆阍谠?0米以以內(nèi)內(nèi)較較為為經(jīng)經(jīng)濟濟。。選選擇擇寬寬扁扁梁梁，，鋼鋼筋筋用用量量一一般般增增加加20%左右右。。也也有有采采用用空空心心平平板板體體系系，，跨跨度度在在9米以以內(nèi)內(nèi)可可考考慮慮。?；旌虾辖Y(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)、、鋼鋼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)一一般般選選擇擇鋼鋼梁梁—組合合樓樓板板體體系系。。主主要要是是發(fā)發(fā)揮揮鋼鋼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)施施工工速速度度快快的的特特點點。。對對于于跨跨度度大大于于12米的的情情況況，，經(jīng)經(jīng)濟濟性性明明顯顯。。組組合合樓樓蓋蓋主主要要有有樓樓承承板板、、鋼鋼筋筋桁桁架架板板、、鋼鋼筋筋砼砼預預制制現(xiàn)現(xiàn)澆澆疊疊合合板板等等形形式式。。幾種種組組合合樓樓板板型型式式3、選選擇擇恰恰當當?shù)牡臉?gòu)構(gòu)件件組組合合型型式式采用用鋼鋼筋筋砼砼柱柱時時，，一一般般采采用用鋼鋼筋筋砼砼梁梁；；采用用型型鋼鋼砼砼柱柱時時，，可可采采用用鋼鋼梁梁和和鋼鋼筋筋砼砼梁梁均均可可。。取取決決于于樓樓蓋蓋體體系系。。采用用鋼鋼管管砼砼柱柱（（圓圓形形、、方方形形））時時，，應應盡盡量量考考慮慮采采用用鋼鋼梁梁。。采采用用砼砼梁梁時時應應注注意意節(jié)節(jié)點點的的處處理理方方式式：：砼砼環(huán)環(huán)梁梁節(jié)節(jié)點點影影響響建建筑筑立立面面。。目目前前有有采采用用鋼鋼管管開開孔孔的的節(jié)節(jié)點點型型式式，，雖雖有有試試驗驗結(jié)結(jié)論論，，尚尚未未形形成成規(guī)規(guī)范范。。節(jié)點點實實例例4、選選擇擇恰恰當當?shù)牡幕A礎型型式式基礎礎型型式式主主要要取取決決于于地地質(zhì)質(zhì)條條件件。。恰恰當當?shù)牡幕A礎型型式式造造價價僅僅占占主主體體造造價價的的10%以內(nèi)內(nèi)。。選擇擇合合理理的的持持力力層層；；如如：：強強風風化化承承載載力力低低、、埋埋藏藏淺淺；；微微風風化化承承載載力力高高、、埋埋藏藏深深。。應應進進行行經(jīng)經(jīng)濟濟分分析析。。選擇擇最最適適合合場場地地施施工工、、質(zhì)質(zhì)量量易易控控制制的的樁樁型型。。綜合合考考慮慮樁樁基基和和承承臺臺的的成成本本。。主樓樓范范圍圍外外的的地地下下室室抗抗浮浮方方案案對對成成本本影影響響較較大大。。五、、影影響響結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)成成本本的的幾幾個個主主要要因因素素1、基基坑坑支支護護。。超高高層層結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)由由于于埋埋深深的的要要求求，，地地下下室室較較深深。。一一般般至至少少三三層層，，深深度度在在15米以以上上。。目目前前深深基基坑坑主主要要分分樁樁錨錨體體系系和和內(nèi)內(nèi)支支撐撐體體系系兩兩大大類類。。其其中中內(nèi)內(nèi)支支撐撐體體系系中中包包含含““逆逆作作法法””。。樁錨錨體體系系造造價價較較高高，，安安全全性性差差。。施施工工方方便便。。內(nèi)支支撐撐體體系系相相對對便便宜宜，，安安全全性性好好。。支支撐撐影影響響上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)施施工工。。如如可可采采用用逆逆作作法法，，綜綜合合效效益益會會比比較較明明顯顯。。內(nèi)支撐體體系15米的深基基坑造價價在2.2~2.6萬元/延長米。。根據(jù)50~60層結(jié)構(gòu)項項目測算算，按單單棟10萬平米計計算?；又ёo護的造價價約為80~120元/㎡。2、樁基選選型除個別可可以采用用天然地地基的情情況外，，絕大多多數(shù)超高高層結(jié)構(gòu)構(gòu)采用樁樁基。樁樁基分為為預制樁樁和灌注注樁兩大大類。1）超高層層建筑可可以采用用預應力力管樁的的情況較較少。主主要采用用鋼管樁樁，如上上海金茂茂采用Φ914的鋼管樁樁。承載載力一般般，造價價較高，，施工速速度快。。2）灌注樁樁。按成成孔形式式分為人人工挖孔孔和機械械成孔兩兩類。按按受力型型式分為為摩擦樁樁和摩擦擦端承樁樁。軟土地質(zhì)質(zhì)條件都都是摩擦擦樁。由由于其承承載力較較低，一一般按群群樁和厚厚筏板共共同工作作的方式式設計。。其特點點是承臺臺較厚。。在受力力上，布布樁與板板厚的關(guān)關(guān)系比較較密切，，需要做做不同的的方案進進行經(jīng)濟濟比較。。巖層埋藏藏較淺的的地質(zhì)條條件，應應首選大大直徑摩摩擦端承承樁。盡盡量做到到一柱一一樁，核核心筒的的樁布置置在墻下下。目的的是減小小承臺厚厚度。根據(jù)經(jīng)驗驗統(tǒng)計，，灌注樁樁的造價價在100元/㎡~150元/㎡之間。而而筏板的的厚度不不同的方方案相差差較大，，因此基基礎選型型的成本本控制關(guān)關(guān)鍵點是是筏板，，樁基是是相對次次要的。。3、主體結(jié)結(jié)構(gòu)1）剪力墻墻超高層的的剪力墻墻一般抗抗震性能能目標都都是將底底部加強強區(qū)設定定為中震震彈性。。其抗剪剪承載力力是小震震的2.8倍左右。。墻體的的配筋率率一般在在0.6%以上，暗暗柱一般般需要設設置型鋼鋼。底部部加強區(qū)區(qū)的范圍圍取結(jié)構(gòu)構(gòu)總高度度的1/8取整后再再加一層層的高度度。設置剛性性加強層層的結(jié)構(gòu)構(gòu)，其加加強層以以及上下下層也常常常需要要設定為為中震彈彈性。配配筋同底底部加強強區(qū)。剪力墻的的造價在在主體構(gòu)構(gòu)件中占占35%左右。底部加強強區(qū)剛性加強強層非底部加加強區(qū)剪力墻部部位指示示非底部加加強區(qū)，，一般按按構(gòu)造配配筋。分分布筋為為0.3%。2）框架柱柱型鋼砼柱柱：在底底部加強強區(qū)按中中震彈性性設計。。其余部部位應按按規(guī)范4%的最小配配鋼率配配置型鋼鋼。鋼管砼柱柱：除底底部加強強區(qū)外，，其余部部位應按按計算值值控制。。在鋼管或或型鋼的的設計中中，應特特別注意意材質(zhì)和和鋼板厚厚度的需需選擇。。普通的Q345B、C鋼材其強強度按厚厚度分組組，厚度度超過35mm時，強度度僅為265MPa，因此厚厚鋼板應應優(yōu)先選選擇Q345GJ的高建鋼鋼，其強強度不分分組。此外，當當鋼板厚厚度超過過40mm小于60mm時，必須須提供Z15的Z向性能要要求；大大于60mm時需要Z25性能。這這樣的材材料價格格一般比比中厚板板高15%~20%，且有一一定的訂訂貨期。。設計中中應盡量量避免采采用。當柱斷面面較大