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【摘要】近年来在政府土地政策的引导下,超高层建筑越来越多,一是有利于资源最大化利用,二是利于经济的发展。对于超高层建筑设计来说选型非常重要,本文主要分析250米超高层结构选型的方案对比,以期能对设计人员提供些许参考意义。
【关键词】超高层;结构;选型
1、结构方案
1.1超高层结构常用类型
根据建筑方案,B#塔超高层为247.1m,方案采用框架-核心筒结构,针对框架-核心筒体系的结构形式,常用结构形式:
(1)全钢筋混凝土结构
优势:结构刚度大,风荷载下侧移较小;节点简单,造价较低,施工作业面及塔吊的效率要求不高。
劣势:结构自重大,地震作用增加明显;柱截面占比高,减小了建筑使用空间;施工速度较慢,每层施工时间平均比钢结构多约1.5~2d,约为6.5~7.5d。
(2)型钢混凝土柱(或钢管叠合柱)+钢筋混凝土核心筒+钢筋混凝土楼盖。
优势:延性好,抗震性能优于混凝土结构;柱截面较混凝土减小约30% -40%,造价低于钢管混凝土柱。
劣势:柱截面较大,占用较多建筑空间;节点较复杂,通长钢筋的施工难度较大,施工质量较难保证;造价高于钢筋混凝土结构。主体施工周期相对钢管混凝土外框结构长约1~2个月。
(3)圆钢管混凝土柱+钢筋混凝土核心筒+钢筋混凝土楼盖(或钢梁与压型钢板楼盖)
优势:外框钢管柱由于钢管的套箍作用,极大提高混凝土的抗压强度,同时结构延性好;柱截面较小,增加建筑使用面积;工艺较简单,框架节点成熟可靠,施工速度较快。
劣势:梁柱节点相对普通混凝土结构复杂;现场混凝土的浇捣要求更高,需要防火防锈处理,造成因涂刷防火涂料,造价高于型钢混凝土。
1.2塔楼楼盖结构形式
(1)钢筋混凝土梁板楼盖
优势:施工简单,造价低;劣势:施工速度较慢。
(2)钢结构楼盖(钢梁与压型钢板楼盖)
优势:自重小,施工快,核心筒可滑模施工,通過施工阶段梁端铰接消除外框架与核心筒变形差对框架梁的不良影响,梁腹板可开洞提高净空;
劣势:用钢量大,抗侧刚度较其他楼盖稍弱,需防火防锈处理,同时需要考虑现场堆放和成品保护问题,也需要考虑塔吊的使用效率问题。
1.3结构选型初步
基于上述情况,对以下5个方案进行对比分析:
S-方案1:型钢混凝土柱+钢筋混凝土核心筒+钢筋混凝土楼盖;
S-方案2:钢管叠合柱+钢筋混凝土核心筒+钢筋混凝土楼盖;
S-方案3:圆钢管混凝土柱+钢筋混凝土核心筒+钢筋混凝土楼盖;
S-方案4和S-方案5:圆钢管混凝土柱+钢筋混凝土核心筒+钢梁与压型钢板楼盖。
2、荷载作用与计算参数
2.1主要荷载(作用)取值
2.1.1楼(屋)面活荷载
楼面荷载按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010以及《全国民用建筑工程设计技术措施(结构篇)》(2009版)的相关规定取值。
2.1.2风荷载
本工程风荷载及参数取值按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010确定,见表1。
注:本工程属对风荷载比较敏感建筑,承载力设计时按基本风压的1.1倍采用
2.1.3地震作用
根据《建筑抗震设防分类标准》(GB50223-2008),本工程B#楼的抗震设防类别为 乙 类;根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2016)及《建筑抗震设防分类标准》(GB50223-2008)的规定,建筑场地地震抗震设防烈度为 7 度,本工程地震作用计算采用的抗震设防烈度为 7 度;B#采用抗震设防烈度为 8 度加强抗震措施。设计地震分组为第 三 组,设计基本地震加速度值为 0.1g ,多遇地震水平地震影响系数最大值为 0.08 ,罕遇地震水平地震影响系数最大值为 0.5 ;反应谱特征周期Tg= 0.45秒(罕遇地震时为 0.5 秒),结构阻尼比为 0.04。
2.2 结构计算参数
见表2
3、上部结构方案对比分析
3.1方案材料和构件尺寸对比
3.2方案经济性对比
见表4
结论:
(1)方案1的框架柱截面最大,方案2和方案5的框架柱截面较小;方案3的剪力墙截面最大,方案4和方案5的剪力墙截面较小。
(2)方案1和方案2的施工周期最长,其次是方案3的,方案4和方案5的施工周期最短。
(3)从总材料造价看,方案4及方案5的材料费较高,但由于方案4和方案5的外框采用钢框架,大大减小结构自重,减小地震力与基础造价,总体的材料总造价增加不多,并且钢构件均可在工厂加工完成,标准化程度高,并免除现场混凝土的支模工序,缩短工期。
(4)从竖向构件截面尺寸,材料造价,施工工期综合来说,采用方案5综合经济效益更好。
【关键词】超高层;结构;选型
1、结构方案
1.1超高层结构常用类型
根据建筑方案,B#塔超高层为247.1m,方案采用框架-核心筒结构,针对框架-核心筒体系的结构形式,常用结构形式:
(1)全钢筋混凝土结构
优势:结构刚度大,风荷载下侧移较小;节点简单,造价较低,施工作业面及塔吊的效率要求不高。
劣势:结构自重大,地震作用增加明显;柱截面占比高,减小了建筑使用空间;施工速度较慢,每层施工时间平均比钢结构多约1.5~2d,约为6.5~7.5d。
(2)型钢混凝土柱(或钢管叠合柱)+钢筋混凝土核心筒+钢筋混凝土楼盖。
优势:延性好,抗震性能优于混凝土结构;柱截面较混凝土减小约30% -40%,造价低于钢管混凝土柱。
劣势:柱截面较大,占用较多建筑空间;节点较复杂,通长钢筋的施工难度较大,施工质量较难保证;造价高于钢筋混凝土结构。主体施工周期相对钢管混凝土外框结构长约1~2个月。
(3)圆钢管混凝土柱+钢筋混凝土核心筒+钢筋混凝土楼盖(或钢梁与压型钢板楼盖)
优势:外框钢管柱由于钢管的套箍作用,极大提高混凝土的抗压强度,同时结构延性好;柱截面较小,增加建筑使用面积;工艺较简单,框架节点成熟可靠,施工速度较快。
劣势:梁柱节点相对普通混凝土结构复杂;现场混凝土的浇捣要求更高,需要防火防锈处理,造成因涂刷防火涂料,造价高于型钢混凝土。
1.2塔楼楼盖结构形式
(1)钢筋混凝土梁板楼盖
优势:施工简单,造价低;劣势:施工速度较慢。
(2)钢结构楼盖(钢梁与压型钢板楼盖)
优势:自重小,施工快,核心筒可滑模施工,通過施工阶段梁端铰接消除外框架与核心筒变形差对框架梁的不良影响,梁腹板可开洞提高净空;
劣势:用钢量大,抗侧刚度较其他楼盖稍弱,需防火防锈处理,同时需要考虑现场堆放和成品保护问题,也需要考虑塔吊的使用效率问题。
1.3结构选型初步
基于上述情况,对以下5个方案进行对比分析:
S-方案1:型钢混凝土柱+钢筋混凝土核心筒+钢筋混凝土楼盖;
S-方案2:钢管叠合柱+钢筋混凝土核心筒+钢筋混凝土楼盖;
S-方案3:圆钢管混凝土柱+钢筋混凝土核心筒+钢筋混凝土楼盖;
S-方案4和S-方案5:圆钢管混凝土柱+钢筋混凝土核心筒+钢梁与压型钢板楼盖。
2、荷载作用与计算参数
2.1主要荷载(作用)取值
2.1.1楼(屋)面活荷载
楼面荷载按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010以及《全国民用建筑工程设计技术措施(结构篇)》(2009版)的相关规定取值。
2.1.2风荷载
本工程风荷载及参数取值按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010确定,见表1。
注:本工程属对风荷载比较敏感建筑,承载力设计时按基本风压的1.1倍采用
2.1.3地震作用
根据《建筑抗震设防分类标准》(GB50223-2008),本工程B#楼的抗震设防类别为 乙 类;根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2016)及《建筑抗震设防分类标准》(GB50223-2008)的规定,建筑场地地震抗震设防烈度为 7 度,本工程地震作用计算采用的抗震设防烈度为 7 度;B#采用抗震设防烈度为 8 度加强抗震措施。设计地震分组为第 三 组,设计基本地震加速度值为 0.1g ,多遇地震水平地震影响系数最大值为 0.08 ,罕遇地震水平地震影响系数最大值为 0.5 ;反应谱特征周期Tg= 0.45秒(罕遇地震时为 0.5 秒),结构阻尼比为 0.04。
2.2 结构计算参数
见表2
3、上部结构方案对比分析
3.1方案材料和构件尺寸对比
3.2方案经济性对比
见表4
结论:
(1)方案1的框架柱截面最大,方案2和方案5的框架柱截面较小;方案3的剪力墙截面最大,方案4和方案5的剪力墙截面较小。
(2)方案1和方案2的施工周期最长,其次是方案3的,方案4和方案5的施工周期最短。
(3)从总材料造价看,方案4及方案5的材料费较高,但由于方案4和方案5的外框采用钢框架,大大减小结构自重,减小地震力与基础造价,总体的材料总造价增加不多,并且钢构件均可在工厂加工完成,标准化程度高,并免除现场混凝土的支模工序,缩短工期。
(4)从竖向构件截面尺寸,材料造价,施工工期综合来说,采用方案5综合经济效益更好。