RBS（容柏生）300m以上超高层结构设计和成本控制

超高层结构设设计和成本控控制广州容柏生建建筑结构设计计事务所魏捷2010年8月27日一、超高层的的定义我国90年代初期超高高层的定义是是超过100米的建筑。90年代末期深圳圳出现了地王王大厦324.8米、赛格广场场278.8米的超高层，，上海也建成成了金茂大厦厦420米。进入21世纪的十年，，高度被不断断刷新，已建建成最高的建建筑是上海环环球金融中心心，高度为492米。90年代超高层代代表超过400米高层一览从结构设计的的角度，一般般认为超过《高层建筑混凝凝土结构技术术规程》高度限值规定定的高层称之之为“超高层层”。二、超高层结结构的特点1、超高层的主主要受力特点点：影响结构构布置和结构构构件尺寸的的主要因素是是水平力的作作用——地震作用和风风作用。2、地震作用主主要是由结构构自重产生的的惯性力。主要影响因素素为：结构自自重、结构刚刚度以及结构构的阻尼比。。在高烈度地地震区（如北北京、西安、、昆明、海口口等8度区）以及Ⅳ类场地的7度区（上海、、天津部分地地区），地震震作用起主导导。对结构的要求求是在具备一一定刚度的同同时应尽量减减小结构的自自重。3、在沿海地区区，深圳、厦厦门、三亚等等地区，由于于风荷载较大大，对超高层层其主要作用用的是风荷载载。主要是100年一遇对结构构变形的影响响以及10年一遇对结构构舒适度的影影响。对结构的要求求是具有足够够的结构刚度度。三、超高层的的结构体系超高层从抗侧侧力的角度主主要有：1、框架；2、剪力墙（含含筒体）；3、支撑三类构构件。一般需要设置置两道防线。。常用的组合合为：1+2、1+3、1+2+3三种。按材料划分主主要有：a、钢筋砼结构构；b、钢结构；c、钢—砼混合结构。。上述1+2体系多采用a；1+3体系多采用b；1+2、1+2+3体系多采用c。1、钢筋砼框架架—筒体结构（a，1+2）在较低的超超高层（200米以下）中应应用较为普遍遍。它具有：：1）刚度大；2）结构自重较较大（大于20KN/㎡㎡)；3）阻尼比大（（0.05）；4）造价相对低低廉等特点。。在8度以下地区采采用优势较为为明显。目前前，即使超过过300米的结构仍然然有一定优势势。例如：深深圳的汉国大大厦。高311.9米，75层。由于核心心筒距离外框框架柱跨度较较小（9米），采用砼砼体系仍然较较为经济。按按施工图统计计，结构造价价约2700元/㎡。深圳汉国大厦厦提高结构的刚刚度是本工程程的主要目标标。设计时以以控制风荷载载位移为目标标，同时验算算结构在不同同目标风速下下的加速度。。混凝土楼盖和和钢结构组合合楼盖的比较较——材料用量材料类型构件

组合楼盖

混凝土楼盖

混凝土/组合方案

混凝土(m3)墙2915829158

柱80028002

梁-8598

楼板(包含核心筒梁)

1982019820

总计5697965577115.1%平均(m3/m2)0.500.58115.1%用钢量

(t)压型钢板(m2)81500-F15以下墙体内埋666666

柱69796979

伸臂桁架39073907

梁7303-

总计188551155361.3%平均(kg/m2)16710261.3%2、钢框架—支撑体系（b,1+3体系）。具有：1）刚度较大；；2）结构自重轻轻（10~13KN/㎡）；3）阻尼比小（（0.02）；4）造价相对较较高等特点。。在8度及以上地区区采用优势较较为明显。例例如：天津津津塔、北京银银泰中心等。。由于构件尺尺寸较小，节节省较多建筑筑空间。北京京银泰高250米，标准层仅仅为40米X40米；在使用空空间相同的情情况下，比一一般的砼结构构的45米X45米的平面节省面积26.5%。北京银泰用钢钢量168Kg/㎡；天津津塔用钢钢量191Kg/㎡。结构造价超过过3000元/㎡北京银泰津津塔银泰平面津津塔平平面3、钢—砼混合结构体体系主要是指指框架的梁、、柱为钢梁、、钢管砼柱或或型钢砼柱；；核心筒为钢钢筋砼筒体。。应用范围较较广。具有：：1）刚度大；2）自重适中（（17~18KN/㎡）；3）阻尼比0.035~0.04；4）造价介于砼砼和钢结构之之间。目前，，国内高度前前几位的超高高层建筑均采采用此种体系系。我所设计计的安徽国际际金融中心（（57层，224米）采用此此体系，钢钢结构用量量76Kg/㎡、钢筋用量量46Kg/㎡；砼用量为为0.46m3/㎡。结构造价价较便宜。。安徽国际金金融中心四、超高层层结构设计计考虑的主主要因素1、选择恰当当的抗侧力力体系1）保证足够够的抗侧刚刚度；2）保证两道道抗震防线线—筒体、框架架；3）保证结构构的舒适度度。结构体系第一道防线线核心筒第二道防线线框架2、选择恰当当的楼盖体体系钢筋砼结构构体系宜选选择钢筋砼砼主次梁楼楼盖。跨度度一般在10米以内较为为经济。选选择宽扁梁梁，钢筋用用量一般增增加20%左右。也有有采用空心心平板体系系，跨度在在9米以内可考考虑。混合结构、、钢结构一一般选择钢钢梁—组合楼板体体系。主要要是发挥钢钢结构施工工速度快的的特点。对对于跨度大大于12米的情况，，经济性明明显。组合合楼盖主要要有楼承板板、钢筋桁桁架板、钢钢筋砼预制制现浇叠合合板等形式式。几种组合楼楼板型式3、选择恰当当的构件组组合型式采用钢筋砼砼柱时，一一般采用钢钢筋砼梁；；采用型钢砼砼柱时，可可采用钢梁梁和钢筋砼砼梁均可。。取决于楼楼盖体系。。采用钢管砼砼柱（圆形形、方形））时，应尽尽量考虑采采用钢梁。。采用砼梁梁时应注意意节点的处处理方式：：砼环梁节节点影响建建筑立面。。目前有采采用钢管开开孔的节点点型式，虽虽有试验结结论，尚未未形成规范范。节点实例4、选择恰当当的基础型型式基础型式主主要取决于于地质条件件。恰当的的基础型式式造价仅占占主体造价价的10%以内。选择合理的的持力层；；如：强风风化承载力力低、埋藏藏浅；微风风化承载力力高、埋藏藏深。应进进行经济分分析。选择最适合合场地施工工、质量易易控制的桩桩型。综合考虑桩桩基和承台台的成本。。主楼范围外外的地下室室抗浮方案案对成本影影响较大。。五、影响结结构成本的的几个主要要因素1、基坑支护护。超高层结构构由于埋深深的要求，，地下室较较深。一般般至少三层层，深度在在15米以上。目目前深基坑坑主要分桩桩锚体系和和内支撑体体系两大类类。其中内内支撑体系系中包含““逆作法””。桩锚体系造造价较高，，安全性差差。施工方方便。内支撑体系系相对便宜宜，安全性性好。支撑撑影响上部部结构施工工。如可采采用逆作法法，综合效效益会比较较明显。内支撑体系系15米的深基坑坑造价在2.2~2.6万元/延长米。根根据50~60层结构项目目测算，按按单栋10万平米计算算。基坑支支护的造价价约为80~120元/㎡。2、桩基选型型除个别可以以采用天然然地基的情情况外，绝绝大多数超超高层结构构采用桩基基。桩基分分为预制桩桩和灌注桩桩两大类。。1）超高层建建筑可以采采用预应力力管桩的情情况较少。。主要采用用钢管桩，，如上海金金茂采用Φ914的钢管桩。。承载力一一般，造价价较高，施施工速度快快。2）灌注桩。。按成孔形形式分为人人工挖孔和和机械成孔孔两类。按按受力型式式分为摩擦擦桩和摩擦擦端承桩。。软土地质条条件都是摩摩擦桩。由由于其承载载力较低，，一般按群群桩和厚筏筏板共同工工作的方式式设计。其其特点是承承台较厚。。在受力上上，布桩与与板厚的关关系比较密密切，需要要做不同的的方案进行行经济比较较。岩层埋藏较较浅的地质质条件，应应首选大直直径摩擦端端承桩。尽尽量做到一一柱一桩，，核心筒的的桩布置在在墙下。目目的是减小小承台厚度度。根据经验统统计，灌注注桩的造价价在100元/㎡~150元/㎡之间。而筏筏板的厚度度不同的方方案相差较较大，因此此基础选型型的成本控控制关键点点是筏板，，桩基是相相对次要的的。3、主体结构构1）剪力墙超高层的剪剪力墙一般般抗震性能能目标都是是将底部加加强区设定定为中震弹弹性。其抗抗剪承载力力是小震的的2.8倍左右。墙墙体的配筋筋率一般在在0.6%以上，暗柱柱一般需要要设置型钢钢。底部加加强区的范范围取结构构总高度的的1/8取整后再加加一层的高高度。设置刚性加加强层的结结构，其加加强层以及及上下层也也常常需要要设定为中中震弹性。。配筋同底底部加强区区。剪力墙的造造价在主体体构件中占占35%左右。底部加强区区刚性加强层层非底部加强强区剪力墙部位位指示非底部加强强区，一般般按构造配配筋。分布布筋为0.3%。2）框架柱型钢砼柱：：在底部加加强区按中中震弹性设设计。其余余部位应按按规范4%的最小配钢钢率配置型型钢。钢管砼柱：：除底部加加强区外，，其余部位位应按计算算值控制。。在钢管或型型钢的设计计中，应特特别注意材材质和钢板板厚度的需需选择。普通的Q345B、C钢材其强度度按厚度分分组，厚度度超过35mm时，强度仅仅为265MPa，因此厚钢钢板应优先先选择Q345GJ的高建钢，，其强度不不分组。此外，当钢钢板厚度超超过40mm小于60mm时，必须提提供Z15的Z向性能要求求；大于60mm时需要Z25性能。这样样的材料价价格一般比比中厚板高高15%~20%，且有一定定的订货期期。设计中中应尽量避避免采用。。当柱断面较较大时，应应注意核算算每层型钢钢或钢管的的重量。尽尽量避免单单件重量过过大的情况况，这往往往是施工选选择塔吊的的决定因素素。超过36B的塔吊费用用将成几倍倍的增加。。在较长的的工期中，，成本和用用电量都很很明显增大大。柱的钢材用用钢量一般般占40~45Kg/㎡㎡。3）楼层梁选择钢梁体体系的楼盖盖其成本主主要分为：：钢梁、楼楼承板、钢钢筋砼板三三部分。成成本主要与与跨度有关关。以12米跨为例，，钢梁40Kg/㎡、楼楼承承板板100元/㎡㎡、砼砼0.12m3/㎡㎡、钢钢筋筋6Kg/㎡㎡。楼楼层层造造价价约约500元/㎡㎡（含含钢钢梁梁防防火火涂涂料料））