超高层结构设计环节讲义.ppt

陈彬磊,2013年11月02日 广西北海,超高层结构设计环节,城市关键点 单/双塔 高度超200米 办公/酒店 地下34层 工期紧张,预计建筑,常规建筑特点 标准层面积约2000平米（一个防火分区）或更大 每间隔1517层设建筑避难层（结构在部分层设为钢臂层） 中间为交通核，周边为结构柱 建筑师的功夫：建筑表皮、头顶/脚底 层高和净高,预计建筑,一、结构体系 二、构件设计 三、钢结构加工涂装 四、造价工期 五、超限报审,结构师关注环节？,一、结构体系,关注环节？,一、结构体系,体系构件边缘化 构件高强材料边缘化 发挥竖向构件集束效应 发挥边框架的抗倾覆效力 发挥边框架立面刚度,一、结构体系,体系构件边缘化 核心筒周边、核心大墙 构件高强材料边缘化 钢管/钢管混凝土 发挥竖向构件集束效应 成束筒 发挥边框架的抗倾覆效力 刚臂层、环桁架 发挥边框架立面刚度 巨型斜撑,青岛万邦中心,青岛万邦中心1#楼结构-标准层,青岛万邦中心,周边组合柱,钢构件支撑,混凝土核心筒,伸臂桁架&支撑层,支撑层,竖向体系 由周边柱支撑的组合楼板 抗侧力体系 双重体系 核心筒&伸臂桁架 周边钢支撑,美国赫斯特总部,42层,纽约,桁架钢外框+核心筒,美国赫斯特总部,182米,上海环球金融中心,竖直的 立放的 桁架 抗水平的风力和地震作用,一、结构体系,减轻结构重量，特别是楼板 筒、边框架间的刚度匹配，降低筒刚度，适当提高边框刚度 横向风振动的舒适度（住宅类） 风洞试验、阻尼器,一、结构体系,关注环节？,结构可选体系,1.2.1 现浇钢管混凝土框架剪力墙核心筒混合结构,1.2.2 现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构,一、结构体系,1.2.3 钢框架支撑结构,体系描述 1.2.1 现浇钢管混凝土框架剪力墙核心筒混合结构 结构构件 钢管混凝土柱 钢梁（工厂焊接h型钢） 核心筒（内设小尺寸h型钢框架以满足埋件定位，消除钢结构与现浇 混凝土结构的施工误差） 压型钢板组合楼板（不涂防火涂料）/ 钢筋桁架模板,一、结构体系,混合结构施工,结构特点： 造价适中 构件轻 基础负担小 有效面积损失小 施工迅速快捷 立体交叉的作业面 工期短,一、结构体系,现浇钢管混凝土框架剪力墙核心筒混合结构体系的设计、施工难点：,超长现浇钢筋混凝土结构的设计要求和施工控制,钢管混凝土结构施工浇筑技术,泵送顶升浇注法 立式高位抛落自密实混凝土配合局部振捣法 通常要控制塌落度230250、扩展度550650（结合试配）,钢结构与混凝土结构施工精度差异的协调措施,钢管柱与混凝土梁的交接（地下结构）,钢管柱与工字钢梁的连接（地上结构）,钢臂层与剪力墙、外柱的连接（顶层）,钢边梁与幕墙埋件的协调统一协调、一并解决,一、结构体系,单元式幕墙的结构预留条件,关注环节？,一、结构体系,1.3.1 结构加强层（钢臂层）的设定,1.3.1c 再选高度1/2或下1/3处；,1.3.1a 首选高度的上1/3处；,1.3.1b 次选屋顶层；,目的：发挥边框架的抗侧能力，提高整体抗侧刚度,数量够了即可！,一、结构体系,1.3.2 结构加强层的重点,1.3.2c 高度1/2或下1/3处核算合拢时机；,1.3.2a 至少一层全高设置；,1.3.2b 注意构造连接；,一、结构体系,1.3.3 结构加强层的实施,计算分析需要的条件下，可能设置结构加强层在 建筑避难层（ 每间隔1517层 ） 屋顶层（高位水箱及设备层）,1.4 建筑层高,一、结构体系,建筑净高是业主关注的、影响使用的主要问题 影响层高的主要因素,一、结构体系,二、构件设计,关注环节？,2.1 结构板,二、构件设计,2.2 结构梁,2.3 结构柱,2.4 结构墙,2.1 结构板,二、构件设计,2.1 结构板的选择,2.1.1c 压型钢板组合楼板（开口、闭口、缩口）；,2.1.1a 悬挂式现浇楼板；,2.1.1b 钢筋桁架式楼板；,2.1.1 现浇钢管混凝土框架剪力墙核心筒混合结构的楼板,二、构件设计,悬挂式现浇楼板山东省特有施工工艺（配合钢结构）,2.1.1 现浇钢管混凝土框架剪力墙核心筒混合结构的楼板,二、构件设计,2.1.1a 悬挂式现浇楼板；,2.1.1 现浇钢管混凝土框架剪力墙核心筒混合结构的楼板,二、构件设计,2.1.1b 钢筋桁架式楼板；,工厂加工 自承模板 钢筋配套 待补上铁,钢筋桁架式楼板；,二、构件设计,二、构件设计,2.1.1c 压型钢板组合楼板,2.1.1 现浇钢管混凝土框架剪力墙核心筒混合结构的楼板,所有压型钢板应提出镀锌量的要求：双面镀锌不小于275g/m2（或按照环境要求） 施工阶段通常不应设置临时支撑 板下不设防火涂料即可满足本工程楼板的防火要求 板边的收头：板边/洞口边/与剪力墙衔接,压型钢板应关注的细节,二、构件设计,2.1.1c 压型钢板组合楼板,2.1.1 现浇钢管混凝土框架剪力墙核心筒混合结构的楼板,压型钢板组合楼板的三种形式 开口型 闭口型 缩口型,开口型压型钢板现浇楼板,二、构件设计,闭口型压型钢板现浇楼板,二、构件设计,110 (min),闭口型压型钢板现浇楼板的悬挂系统,二、构件设计,2.2 结构梁,二、构件设计,考虑到建筑、结构、设备专业的相互要求,2.2.1 现浇钢管混凝土框架剪力墙核心筒混合结构的梁,二、构件设计,2.2 结构梁,2.2.1c 实腹式组合钢梁,2.2.1a 钢桁架梁,2.2.1b 实腹式开孔组合钢梁,2.2.1d 实腹式变截面组合钢梁,lg大厦的标准层,lg大厦的标准层,楼层水平构件（推荐） 变截面组合钢梁,二、构件设计,2.2.1d 变截面组合钢梁,2.2.1d 变截面组合钢梁,标准层采用变截面梁 内侧临核心筒走廊穿风道处梁高降至最小，将风道紧贴梁底； 跨中梁腹板预留洞口供管网穿越，以提高整层吊顶高度； 外侧至柱边梁加腋使得与边梁等高，合并柱上横隔板，加强结 构整体刚度 钢梁：两端铰结，全梁按照组合钢梁设计，发挥钢梁与现浇楼板的组合作用,二、构件设计,2.2.1d 变截面组合钢梁,二、构件设计,组合钢梁,2.3 结构柱,二、构件设计,2.3 结构柱,2.3.1 方钢管混凝土柱 2.3.2 圆钢管混凝土柱 2.3.3 现浇钢筋混凝土柱 2.3.4 钢骨混凝土柱 2.3.5 钢柱,二、构件设计,2.3 结构柱,2.3.4 钢骨混凝土柱 钢骨混凝土柱与外斜撑的交接,二、构件设计,层层层,二、构件设计,层层层,二、构件设计,层层层,二、构件设计,2.4 结构墙,二、构件设计,2.4 结构墙,2.4.1 现浇钢筋混凝土墙 2.4.2 现浇钢骨混凝土墙 2.4.3 钢板剪力墙 2.4.4 钢支撑,二、构件设计,三、钢结构加工涂装,关注环节？,3.1. 钢结构加工,三、钢结构加工涂装,箱型截面的加工技术熔嘴电渣焊,三、钢结构加工涂装,箱型截面的加工技术熔嘴电渣焊,三、钢结构加工涂装,设计师易忽略的细节： 板厚度不应小于16 为厚板立焊 平行对称焊接 对于关键重要部位，要进行焊后热处理，以细化晶粒，提高冲击韧性,圆型截面的辊弯技术径厚比,三、钢结构加工涂装,径厚比通常为1/25，即直径500时最厚可用20mm 好的加工企业可以做到1/20,圆型截面的辊弯技术端部有小的平直段,三、钢结构加工涂装,平直段设计整园时要切掉，作为损耗,钢板辊弯机的工作原理,截面的相贯切割技术,三、钢结构加工涂装,目前的施工技术： 圆管截面的加工通常会在现场进行 任意截面的相贯技术均可实施,埋弧自动焊所需尺寸,三、钢结构加工涂装,设计环节： 留出足够的焊头需要的空间 对于厚板可能要双侧同时平行施焊,3.2. 钢结构涂装,三、钢结构加工涂装,钢结构禁止涂漆部位： 地脚螺栓和底板 高强度螺栓摩擦接触面 与混凝土紧贴或埋入部分（钢骨混凝土） 焊接封闭的空心截面内壁 工地焊接部位及两侧100mm、且满足超声探伤要求的范围（此范围内应进行不影响焊接的防锈处理）,3.2.1 钢结构表面处理,三、钢结构加工涂装,3.2.1c 火焰除锈 fi,3.2.1a 喷射或抛射除锈 sa,3.2.1b 手工和动力工具除锈 st,评定表面锈蚀等级、除锈等级时，均以正常视力目测为准,3.2.1 钢结构表面处理,三、钢结构加工涂装,3.2.1a 喷射或抛射除锈 sa,sa 2.5 （用于有涂装要求的钢构件）,3.2.1 钢结构表面处理,三、钢结构加工涂装,3.2.1b 手工和动力工具除锈 st,st2 （可用于埋入混凝土中的钢骨）,3.2.2 钢结构涂装厚度,依照iso 12944钢结构防护涂料系统的防腐蚀保护 (corrosion protection of steel structures by protective paint systems ) 执行，分为：,三、钢结构加工涂装,3.2.2 钢结构涂装厚度,三、钢结构加工涂装,依照iso 12944钢结构防护涂料系统的防腐蚀保护 (corrosion protection of steel structures by protective paint systems ) 执行，分为：,3.2.3 钢结构涂装顺序,3.2.3a 底漆 3.2.3b 中间漆 3.2.3c 防火涂料（如有） 3.2.3d 封闭漆（如有） 3.2.3e 面漆（颜色由建筑师定）,三、钢结构加工涂装,3.2.3 钢结构涂装顺序,需防火但不外露的组合： 底漆+中间漆+防火涂料,三、钢结构加工涂装,不需防火的组合： 底漆+中间漆+ 面漆（颜色由建筑师定）,需防火且外露的组合： 底漆+中间漆+防火涂料+封闭漆+面漆（颜色由建筑师定）,3.2.4c 防火涂料（如有）,三、钢结构加工涂装,防火原理/防火时间/材料厚度/粘结强度,gb14907-2002 钢结构防火涂料,图纸要求实例：,三、钢结构加工涂装,3.2.4c 防火涂料（如有）,三、钢结构加工涂装,重要环节 当地消防部门的认可 材料、厚度,3.3. 钢结构的检测,三、钢结构加工涂装,3.3.1 钢结构检测手段（按照成本低高排列）,3.3.1a 目测 3.3.1b 超声波ut（ultrasonic test ）探伤 3.3.1c 磁粉mt（magnetic particle testing ）探伤 3.3.1d 射线rt（radiographic test ）探伤 现场不宜采用、要求清场,三、钢结构加工涂装,四、钢结构造价,关注环节？,钢结构工程造价构成：,钢材费用 （40%）,制作安装费用（30%）,防火材料费用（30%）,钢结构造价,随着楼层数量的增加、建筑使用面积增加、施工工期缩短，钢结构造价会趋于钢筋混凝土结构，甚至更经济。,关键因素,用钢量,4.1. 材料要求,四、钢结构造价,4.1.1 钢材,4.1.1a 结构用钢的标识 q345gjcz15 4.1.1b 结构用钢的标识的等级 q235/q345 4.1.1c 高层结构用钢 q345gjc 4.1.1d 厚度方向性能 z15/z25/z35,四、钢结构造价,4.1.1 钢材,低合金高强度结构钢,高层结构用钢,四、钢结构造价,4.1.1 钢材,常规钢板幅宽：20002500 2022厚 普通结构钢 q235c 每吨 4000元 （基准） 低合金高强度结构钢 q345c 每吨 4150元 （+150） 高层结构用钢 q345gjc 每吨 4250元 （+250） z向性能加价 z15 每吨 200元 z25 每吨 200元 不同等级的加价 bc 每吨 50元 cd 每吨 100元,四、钢结构造价,4.1.1 钢材,考虑工作温度，在b、c间选择 构造控制的结构采用q235*，受力控制的采用q345* 对于不小于35mm厚的钢板，采用低合金高强度结构钢 对于大于35mm厚的钢板，采用gj高层结构用钢 对于厚度大于40mm厚的钢板，用z15的要求（厚度方向受拉） 对于厚度大于60mm厚的钢板，用z25的要求,钢材的选择,四、钢结构造价,4.1.2 混凝土,4.