深圳平安金融中心结构方案比较分析报告

1、深圳平安金金融中心心结构方方案比较较分析报报告中建国际（深深圳）设设计顾问问有限公公司2008-12-8目录建筑结构体体系构成成结构工作性性能结构方案的的优缺点点结论一、建筑结结构体系系构成按建筑结构构体系的的不同，分分为推荐荐结构方方案和结结构概念念方案。以以下分别别对两种种不同方方案的结结构构成成特点进进行分别别论述。1、推荐结结构方案案结构体体系构成成1.1 外筒 外筒由四组组矩形钢钢管V形支撑撑、八根根矩形钢钢管混凝凝土角柱柱以及四四组“”型矩形形钢管混混凝土框框架共同同形成空空间外筒筒结构体体系，既既承受垂垂直荷载载又提供供了强大大的抗侧侧刚度。图1和图22分别给给出了外外筒结构构构

2、成的的平面示示意图和和三维示示意图，表1给出了外筒结构构件尺寸沿楼层变化。角梁矩形钢管混凝土外框柱角梁矩形钢管混凝土外框柱V形支撑外框梁矩形钢管混凝土角柱图1 外筒筒构成平平面示意意图(a) 矩矩形钢管管混凝土框架(b) 矩矩形钢管管V形支撑(c) 矩矩形钢管管混凝土角柱(d) 外外筒结构构体系图2 外筒筒构成三三维示意意图表1 外筒筒结构构构件尺寸寸沿楼层层变化层数矩形钢管混混凝土角角柱(HBT)矩形钢管混混凝土框架柱(hhxbxxt)框架裙梁(h1xbb1xttwxttf)V形支撑101-11171500 xx11000 x330C550600 x6600 xx25H10000 x4000

3、 x220 x225(角梁采用用9000 x9000 x550的方方形钢管管截面)900 x9900 xx40的方形形钢管截截面91-10001700 xx12000 x330C55081-9001800 xx14000 x335C550700 x7700 xx3071-8002000 xx15000 x440C66061-7002100 xx17000 x440C660800 x8800 xx3551-6002200 xx19000 x440C66041-5002300 xx20000 x440C77031-4002300 xx20000 x445C770900 x9900 xx4021-3

4、002400 xx20000 x445C77011-2002500 xx20000 x445C8801-102500 xx20000 x550C880900 x9900 xx50 注：HBBTC*矩形形钢管混混凝土角角柱截面面长边边边长短边边边长x钢管壁壁厚(混凝土土强度等等级)hxbxtt矩形钢钢管混凝凝土框架架柱截面面长边边边长短边边边长x钢管壁壁厚 hh1xbb1xttwxttfH形框架架裙梁的的截面高高度截面宽宽度腹板厚厚度翼缘厚厚度1.2 内筒 内筒由在四四角及门门洞口设设置型钢钢的现浇浇钢筋混混凝土剪剪力墙组组成（如如图3）。通过在在内筒关关键受力力部位设设置型钢钢，改善善了内筒筒

5、的工作作性能。内内筒门洞洞处采用用8000mm高高的连梁梁，其跨跨高比在在L/33L/5之间，这这些跨高高比较大大的连梁梁在罕遇遇地震下下呈现弯弯曲破坏坏，可改改善整体体结构的的延性性性能。增加内筒外外侧墙体体厚度，减减小内侧侧墙体厚厚度即在在获得较较大的结结构抗侧侧刚度又又有效减减少结构构墙体占占用的使使用空间间，且随随着楼层层墙厚逐逐渐减小小，尽可可能为建建筑提供供更多的的有效使用用空间。外墙内墙型钢型钢外墙内墙型钢型钢图3 内筒筒平面示示意图图4 内筒筒三维示示意图表 2 内内筒构件件尺寸沿沿楼层变变化层数核心筒外墙墙核心筒内墙墙厚度(mmm)混凝土强度度等级厚度(mmm)混凝土强度度等

6、级101-11171600C80500C8091-10001600C80500C8081-9001400C70500C7071-8001400C70500C7061-7001200C70500C7051-6001100C60500C6041-500900C60500C6031-400900C60500C6021-300800C50500C5011-200800C50500C501-10600C50500C501.3 矩形钢钢管混凝凝土K型支撑撑伸臂桁桁架 在建筑筑的设备备层设置置三道矩矩形钢管管混凝土土K型支撑撑桁架，连连接角柱柱与核心心筒，进进一步发发挥角柱柱与外筒筒的作用用抵抗水水平荷载载

7、，提供供更大的的抗侧刚刚度。K型支撑上上下弦支支撑与内内筒连接接处在施施工阶段段铰接，在在使用阶阶段刚接接。表3给出三三道矩形形钢管混混凝土K型支撑撑的截面面尺寸和和所在层层数，图图5给出了了三道矩矩形钢管管混凝土土K型支撑撑桁架布布置三维维示意图图。表 3 三三道矩形形钢管混混凝土K型支撑撑的截面面尺寸和和所在层层数所在层数矩形钢管混混凝土截截面(hxbbxt)内灌混凝土土强度第一道54-5551500 xx11000 x1100C80第二道86-8771500 xx8000 x1000C80第三道116-11171500 xx6000 x1000C80第二道第三道第一道第二道第三道第一道图

8、5 三道道矩形钢钢管混凝凝土K型支撑撑桁架布布置三维维示意图图1.4 结构构构成及特特点 内外筒由现现浇混凝凝土楼板板及8根连接接角柱与与内筒的的刚接钢钢梁及连连接外框框与内筒筒的两端端铰接的的楼面钢钢梁构成成的有效效空间结结构体系系，各构构件共同同协调工工作，承承受竖向向荷载及及水平荷荷载。其其构成特特点如下下：核心筒与角角柱相连连的钢梁梁刚接，外外框梁与与外框柱柱刚接；设置三道“有限刚刚度”的伸臂臂桁架；角梁采用矩矩形截面面钢管梁梁，增加加外筒作作用；核心筒门洞洞采用8800mmm高弱弱连梁，改改善结构构延性。外框柱外框柱角柱核心筒V撑弯曲型内外外筒整体体结构体体系2、结构概概念方案案结构

9、体体系构成成2.1 外筒 外筒由四组组矩形钢钢管V形支撑撑、八根根巨型型型钢混凝凝土柱以以及矩形形钢管混混凝土框框架共同同形成空空间外筒筒结构体体系组成成。巨型型钢混混凝土柱柱截面：底部44.5mm3.55m沿高高度变化化至顶部部为2.5m1.55m。矩矩形钢管管混凝土土框架与与角柱采采用两端端铰接的的钢梁连连接，V形支撑撑与角柱柱刚接。钢管混凝土土外框架架柱的截截面为： VV形支撑撑截面尺尺寸为：矩形截截面钢管管图6 外筒筒构成平平面示意意图2.2 内筒 内筒由内外外墙厚为为1米的钢筋筋混凝土土剪力墙墙组成，门门洞处设设置8000mmm高的连连梁。外墙内墙外墙内墙图7 内筒筒平面示示意图2.

10、3 钢筋混混凝土伸伸臂 在建筑的避避难层设设置6道钢筋筋混凝土土剪力墙墙伸臂加加强层，连连接巨型型钢筋混混凝土角角柱与内内筒。图5 六道道钢筋混混凝土剪剪力墙布布置三维维示意图图2.4 结构的的构成及及特点 内外筒由现现浇钢筋筋混凝土土楼板及及连接外外筒与角角柱两端端铰接的的楼面钢钢梁连接接，并设设置了六六道钢筋筋混凝土土伸臂组组成了概概念结构构方案的的竖向承承重及抗抗侧结构构。其结构构成成特点如如下：外框架柱与与角柱采采用刚接接钢梁连连接，角角柱与内内筒采用用铰接钢钢梁连接接；巨型截面型型钢混凝凝土角柱柱外框柱外框柱角柱核心筒V撑弯曲型内外外筒独立立结构体系系二、结构工工作性能能同上，以下下

11、分别对对两种不不同方案案的结构构工作性性能进行行分别论论述。1、推荐结结构方案案1.1 结结构周期期和模态态表 SEQ 表 * ARRABIIC 118结构构周期和和模态ModePeriood(s)UX(%)UY(%)SumUXX(%)SumUYY(%)RZ(%)SumRZZ(%)123456789101112(a) 模模态1(Y向平动)(b) 模模态2(X向平动)(c) 模模态5(扭转平动动)图7 结构构模态图图该计算结果果表明，结结构周期期表现出出规则的的变化，占占主要作作用的周周期振动动分量耦耦合小，振振型“纯净”。前四四个周期期均为平平动周期期，第五五周期为为扭转周周期，周周期比为为0

12、.557，结构表现现出良好好的动力力性能。由由于建筑筑的限制制，Y向的刚刚度约为为X向的0.7倍。1.1 层层间位移移角图8和图99给出了了结构在在风荷载载和地震震作用下下，结构构层间位位移角随随结构高高度的变变化曲线线。高规规的要求求层间位位移角不不宜大于于1/5500。上上图表明明，在风风荷载和和地震作作用下结结构均满满足层间间位移角角的限值值要求。结结构在风风荷载作作用下侧侧移较大大，故风风荷载在在本工程程中起控控制作用用。结构双向刚刚度不等等，在水水平荷载载作用下下表现有有所不同同。结构构的X向刚度度较大，在在风荷载载作用侧侧移较小小，但是是较大的的刚度会会吸引较较大的地地震等效效荷载

13、，故故在地震震作用下下X向和Y向的层层间侧移移角的差差别没有有风荷载载作用下下大。图8 风荷荷载作用用下的层层间位移移角曲线线图9 地震震作用下下的层间间位移角角曲线2、推荐结结构方案案2.1 结结构周期期和模态态表 SEQ 表 * ARRABIIC 118结构构周期和和模态ModePeriood(s)UX(%)UY(%)SumUXX(%)SumUYY(%)RZ(%)SumRZZ(%)123456789101112(a) 模模态1(Y向平动)(b) 模模态2(X向平动)(c) 模模态5(扭转平动动)图7 结构构模态图图该计算结果果表明，结结构周期期表现出出规则的的变化，占占主要作作用的周周期振

14、动动分量耦耦合小，振振型“纯净”。前四四个周期期均为平平动周期期，第五五周期为为扭转周周期，周周期比为为0.557，结构表现现出良好好的动力力性能。由由于建筑筑的限制制，Y向的刚刚度约为为X向的0.7倍。2.2 层层间位移移角图8和图99给出了了结构在在风荷载载和地震震作用下下，结构构层间位位移角随随结构高高度的变变化曲线线。高规规的要求求层间位位移角不不宜大于于1/5500。上上图表明明，在风风荷载和和地震作作用下结结构均满满足层间间位移角角的限值值要求。结结构在风风荷载作作用下侧侧移较大大，故风风荷载在在本工程程中起控控制作用用。结构双向刚刚度不等等，在水水平荷载载作用下下表现有有所不同同

15、。结构构的X向刚度度较大，在在风荷载载作用侧侧移较小小，但是是较大的的刚度会会吸引较较大的地地震等效效荷载，故故在地震震作用下下X向和Y向的层层间侧移移角的差差别没有有风荷载载作用下下大。图8 风荷荷载作用用下的层层间位移移角曲线线图9 地震震作用下下的层间间位移角角曲线3、结构方方案的优优缺点3.1 两两种结构构方案角角柱对使使用率的的影响推荐结构方方案角柱柱截面为为2.55x2.0m渐渐变为1.77x1.3m，其其沿高度度平均截截面为1.885x11.655m，结结构概念念方案角角柱截面面为4.55x3.5m渐渐变为2.55x1.5m，其其沿高度度平均截截面为3.55x2.5m，故故可计算

16、算获得：推荐结结构方案案单根柱柱节省的的建筑使使用面积积为：3.55x2.5-11.855x1.65=5.669755平方米米。每层节省的的建筑使使用面积积为：8x55.69975=45.58平方米米整栋建筑按按110层计，则则全楼节节省的面面积为：1100 x455.588=50013.8平方米米若每平方米米的使用用面积售售价为3万元，则则可为业业主增加加收入：50113.88x3=150041.4万元即1.5亿元。3.2 两两种结构构方案对对使用功功能的影影响角柱截面的的减小，可可使建筑筑从内向向外看，获获取更好好的景观观资源。3.3 两两种结构构方案角角柱造价价分析推荐结构方方案角柱柱按

17、平均均截面1.885x11.655m，平平均钢板板厚度为为（50+30）/2=40mmm，计计算单层层单根角角柱用钢钢量为：1.85xx2-22x(11.655-0.04xx2)x0.04xx4.55x7.85=9.6664992吨结构概念方方案角柱柱按平均均截面2.55x1.5m，型型钢含钢钢率按4%计算，计计算单层层单根角角柱用钢钢量为：3.55x2.5x44%x44.5xx7.885=112.3363775吨推荐结构方方案角柱柱比结构构概念方方案单层层减少钢钢板钢材材用量为为：8x(12.363375-9.6664992)=21.590064吨整栋建筑按按110层计算算，则推推荐结构构方

18、案比比概念结结构方案案全楼节节省用钢钢量为： 1110 x221.5590664=223744.97704吨按每吨钢材材1.5万元计计算，可可节约投投资35662.445666万元。另外，结构构概念方方案型钢钢混凝土土角柱，纵纵向钢筋筋用量按按含钢率率0.88%计算，单单根单层层纵向钢钢筋用量量为：3.55x2.5x00.8%x4.5x77.855=2.472275吨；箍箍筋用量量按体积积配箍率率0.88%计算，单单层单根根箍筋用用量为：（3.55-0.05）x(22.5-0.005)xx0.11x0.8%xx4.55x7.85=2.3388667吨单层单根型型钢混凝凝土角柱柱多用钢钢筋为2.

19、4472775+22.3888677=4.86114吨，整整栋建筑筑节约投投资为：4.886144x8xx1100 x0.5=221399万元推荐结构方方案比概概念结构构方案节节省混凝凝土用量量约为：(3.55x2.5-11.855x1.65)x4.5x88x1110=2225662.11立方米米，按每每立方米米混凝土土500元计算算，可节节约投资资为11228.1105万元。综上，推荐荐结构方方案节省省投资总总计：35662.55+21139.3+111288.1005=668299.9万元3.4 两两种结构构方案内内筒布置置对使用用率的影影响推荐结构方方案增加加内筒外外周边的的墙厚，减减少

20、内筒筒内部墙墙厚，其其外墙厚厚按沿高高度平均均为1米厚，内内墙沿高高度平均均为0.6米。概念结构方方案内外外墙厚均均为1米，而内内墙的厚厚度减小小，因电电梯的存存在无法法提供可可使用的的空间，造造成有效效使用面面积的浪浪费。推荐结构方方案内筒筒一侧的的外墙内内侧至另另一侧外外墙内侧侧的长度度为299.2米，其所所占建筑筑面积(29.2+22)x(29.2+22)=9973.44平方米米。概念结构方方案一侧侧的外墙墙内侧至至另一侧侧外墙内内侧的长长度为330米，其所所占建筑筑面积(30+2)xx(300+2)=10024平方米米。29.2mm推荐结构方方案30m概念结构方方案则单层推荐荐结构方方案比概概念方案案增加净净使用面面积：32x322-311.2xx31.2=550.556平方米米，按110层计全全楼增加加净使用用面积：50.56xx11