超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和成本控制

超高層構(gòu)造設(shè)計(jì)和本錢控制廣州容柏生建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)事務(wù)所魏捷2021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越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(jìn)入21世紀(jì)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年代超高層代表超越400米高層一覽從構(gòu)造設(shè)計(jì)的角度，普通以為超越<高層建筑混凝土構(gòu)造技術(shù)規(guī)程>高度限值規(guī)定的高層稱之為“超高層〞。二、超高層構(gòu)造的特點(diǎn)1、超高層的主要受力特點(diǎn)：影響構(gòu)造布置和構(gòu)造構(gòu)件尺寸的主要要素是程度力的作用——地震作用和風(fēng)作用。2、地震作用主要是由構(gòu)造自重產(chǎn)生的慣性力。主要影響要素為：構(gòu)造自重、構(gòu)造剛度以及構(gòu)造的阻尼比。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、天津部分地域〕，地震作用起主導(dǎo)。對(duì)構(gòu)造的要求是在具備一定剛度的同時(shí)應(yīng)盡量減小構(gòu)造的自重。3、在沿海地域，深圳、廈門、三亞等地域，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)構(gòu)造變形的影響以及10年一遇對(duì)構(gòu)造溫馨度的影響。對(duì)構(gòu)造的要求是具有足夠的構(gòu)造剛度。三、超高層的構(gòu)造體系超高層從抗側(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。普通需求設(shè)置兩道防線。常用的組合為：1+2、1+3、1+2+3三種。按資料劃分主要有：a、鋼筋砼構(gòu)造；b、鋼構(gòu)造；c、鋼—砼混合構(gòu)造。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—筒體構(gòu)造〔a，1+2〕在較低的超高層〔200米以下〕中運(yùn)用較為普遍。它具有：1〕剛度大；2〕構(gòu)造自重較大〔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度以下地域采用優(yōu)勢較為明顯。目前，即使超越300米的構(gòu)造依然有一定優(yōu)勢。例如：深圳的漢國大廈。高311.9米，75層。由于中心筒間隔外框架柱跨度較小〔9米〕，采用砼體系依然較為經(jīng)濟(jì)。按施工圖統(tǒng)計(jì)，構(gòu)造造價(jià)約2700元/㎡。深圳漢國大廈提高構(gòu)造的剛度是本工程的主要目的。設(shè)計(jì)時(shí)以控制風(fēng)荷載位移為目的，同時(shí)驗(yàn)算構(gòu)造在不同目的風(fēng)速下的加速度?；炷翗巧w和鋼構(gòu)造組合樓蓋的比較——資料用量材料類型構(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〕構(gòu)造自重輕〔10~13KN/㎡〕；3〕阻尼比小〔0.02〕；4〕造價(jià)相對(duì)較高等特點(diǎn)。在8度及以上地域采用優(yōu)勢較為明顯。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，規(guī)范層僅為40米X40米；在運(yùn)用空間一樣的情況下，比普通的砼構(gòu)造的45米X45米的平面節(jié)省面積26.5%。北京銀泰用鋼量168Kg/㎡；天津津塔用鋼量191Kg/㎡。構(gòu)造造價(jià)超越3000元/㎡北京銀泰津塔銀泰平面津塔平面3、鋼—砼混合構(gòu)造體系主要是指框架的梁、柱為鋼梁、鋼管砼柱或型鋼砼柱；中心筒為鋼筋砼筒體。運(yùn)用范圍較廣。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)介于砼和鋼構(gòu)造之間。目前，國內(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)的安徽國際金融中心〔57層，224米〕采用此體系，鋼構(gòu)造用量76Kg/㎡、鋼筋用量46Kg/㎡；砼用量為0.46m3/㎡。構(gòu)造造價(jià)較廉價(jià)。安徽國際金融中心四、超高層構(gòu)造設(shè)計(jì)思索的主要要素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；3〕保證構(gòu)造的溫馨度。構(gòu)造體系第一道防線中心筒第二道防線框架2、選擇恰當(dāng)?shù)臉巧w體系鋼筋砼構(gòu)造體系宜選擇鋼筋砼主次梁樓蓋?？缍绕胀ㄔ?0米以內(nèi)較為經(jīng)濟(jì)。選擇寬扁梁，鋼筋用量普通添加20%左右。也有采用空心平板體系，跨度在9米以內(nèi)可思索。混合構(gòu)造、鋼構(gòu)造普通選擇鋼梁—組合樓板體系。主要是發(fā)揚(yáng)鋼構(gòu)造施工速度快的特點(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)制現(xiàn)澆疊合板等方式。幾種組合樓板型式3、選擇恰當(dāng)?shù)臉?gòu)件組合型式采用鋼筋砼柱時(shí)，普通采用鋼筋砼梁；采用型鋼砼柱時(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)盡量思索采用鋼梁。采用砼梁時(shí)應(yīng)留意節(jié)點(diǎn)的處置方式：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，雖有實(shí)驗(yàn)結(jié)論，尚未構(gòu)成規(guī)范。節(jié)點(diǎn)實(shí)例4、選擇恰當(dāng)?shù)母仔褪礁仔褪街饕Q于地質(zhì)條件。恰當(dāng)?shù)母仔褪皆靸r(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)化承載力低、埋藏淺；微風(fēng)化承載力高、埋藏深。應(yīng)進(jìn)展經(jīng)濟(jì)分析。選擇最適宜場地施工、質(zhì)量易控制的樁型。綜合思索樁基和承臺(tái)的本錢。主樓范圍外的地下室抗浮方案對(duì)本錢影響較大。五、影響構(gòu)造本錢的幾個(gè)主要要素1、基坑支護(hù)。超高層構(gòu)造由于埋深的要求，地下室較深。普通至少三層，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，平安性差。施工方便。內(nèi)支撐體系相對(duì)廉價(jià)，平安性好。支撐影響上部構(gòu)造施工。如可采用逆作法，綜合效益會(huì)比較明顯。內(nèi)支撐體系15米的深基坑造價(jià)在2.2~2.6萬元/延伸米。根據(jù)50~60層構(gòu)造工程測算，按單棟10萬平米計(jì)算?；又ёo(hù)的造價(jià)約為80~120元/㎡。2、樁基選型除個(gè)別可以采用天然地基的情況外，絕大多數(shù)超高層構(gòu)造采用樁基。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Φ914的鋼管樁。承載力普通，造價(jià)較高，施工速度快。2〕灌注樁。按成孔方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，普通按群樁和厚筏板共同任務(wù)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)系比較親密，需求做不同的方案進(jìn)展經(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，中心筒的樁布置在墻下。目的是減小承臺(tái)厚度。根據(jù)閱歷統(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，因此根底選型的本錢控制關(guān)鍵點(diǎn)是筏板，樁基是相對(duì)次要的。3、主體構(gòu)造1〕剪力墻超高層的剪力墻普通抗震性能目的都是將底部加強(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。墻體的配筋率普通在0.6%以上，暗柱普通需求設(shè)置型鋼。底部加強(qiáng)區(qū)的范圍取構(gòu)造總高度的1/8取整后再加一層的高度。設(shè)置剛性加強(qiáng)層的構(gòu)造，其加強(qiáng)層以及上下層也經(jīng)常需求設(shè)定為中震彈性。配筋同底部加強(qiáng)區(qū)。剪力墻的造價(jià)在主體構(gòu)件中占35%左右。底部加強(qiáng)區(qū)剛性加強(qiáng)層非底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻部位指示非底部加強(qiáng)區(qū)，普通按構(gòu)造配筋。分布筋為0.3%。2〕框架柱型鋼砼柱：在底部加強(qiáng)區(qū)按中震彈性設(shè)計(jì)。其他部位應(yīng)按規(guī)范4%的最小配鋼率配置型鋼。鋼管砼柱：除底部加強(qiáng)區(qū)外，其他部位應(yīng)按計(jì)算值控制。在鋼管或型鋼的設(shè)計(jì)中，應(yīng)特別留意材質(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，厚度超越35mm時(shí)，強(qiáng)度僅為265MPa，因此厚鋼板應(yīng)優(yōu)先選擇Q345GJ的高建鋼，其強(qiáng)度不分組。此外，當(dāng)鋼板厚度超越40mm小于60mm時(shí)，必需提供Z15的Z向性能要求；大于60mm時(shí)需求Z25性能。這樣的資料價(jià)錢普通比中厚板高15%~20%，且有一定的訂貨期。設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量防止采用。當(dāng)柱斷面較大時(shí)，應(yīng)留意核算每層型鋼或鋼管的分量。盡量防止單件分量過大的情況，這往往是施工選擇塔吊的決議要素。超越36B的塔吊費(fèi)用將成幾倍的添加。在較長的工期中，本錢和用電量都很明顯增大。柱的鋼材用鋼量普通占40~45Kg/㎡。3〕樓層梁選擇鋼梁體系的樓蓋其本錢主要分為：鋼梁、樓承板、鋼筋砼板三部分。本錢主要與跨度有關(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〕。選擇鋼筋砼體系本錢約為鋼構(gòu)造的60%~70%?！伯?dāng)然建筑效果沒有可比性〕構(gòu)造本錢構(gòu)成分析〔以230米高度