250米超高層結(jié)構(gòu)選型對(duì)比

李澤棟

【摘要】近年來(lái)在政府土地政策的引導(dǎo)下，超高層建筑越來(lái)越多，一是有利于資源最大化利用，二是利于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。對(duì)于超高層建筑設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)選型非常重要，本文主要分析250米超高層結(jié)構(gòu)選型的方案對(duì)比，以期能對(duì)設(shè)計(jì)人員提供些許參考意義。

【關(guān)鍵詞】超高層;結(jié)構(gòu);選型

1、結(jié)構(gòu)方案

1.1超高層結(jié)構(gòu)常用類(lèi)型

根據(jù)建筑方案，B#塔超高層為247.1m，方案采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)，針對(duì)框架-核心筒體系的結(jié)構(gòu)形式，常用結(jié)構(gòu)形式：

（1）全鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

優(yōu)勢(shì)：結(jié)構(gòu)剛度大，風(fēng)荷載下側(cè)移較小;節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，施工作業(yè)面及塔吊的效率要求不高。

劣勢(shì)：結(jié)構(gòu)自重大，地震作用增加明顯;柱截面占比高，減小了建筑使用空間;施工速度較慢，每層施工時(shí)間平均比鋼結(jié)構(gòu)多約1.5～2d，約為6.5～7.5d。

（2）型鋼混凝土柱（或鋼管疊合柱）+鋼筋混凝土核心筒+鋼筋混凝土樓蓋。

優(yōu)勢(shì)：延性好，抗震性能優(yōu)于混凝土結(jié)構(gòu);柱截面較混凝土減小約30% -40%，造價(jià)低于鋼管混凝土柱。

劣勢(shì)：柱截面較大，占用較多建筑空間;節(jié)點(diǎn)較復(fù)雜，通長(zhǎng)鋼筋的施工難度較大，施工質(zhì)量較難保證;造價(jià)高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。主體施工周期相對(duì)鋼管混凝土外框結(jié)構(gòu)長(zhǎng)約1～2個(gè)月。

（3）圓鋼管混凝土柱+鋼筋混凝土核心筒+鋼筋混凝土樓蓋（或鋼梁與壓型鋼板樓蓋）

優(yōu)勢(shì)：外框鋼管柱由于鋼管的套箍作用，極大提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，同時(shí)結(jié)構(gòu)延性好;柱截面較小，增加建筑使用面積;工藝較簡(jiǎn)單，框架節(jié)點(diǎn)成熟可靠，施工速度較快。

劣勢(shì)：梁柱節(jié)點(diǎn)相對(duì)普通混凝土結(jié)構(gòu)復(fù)雜;現(xiàn)場(chǎng)混凝土的澆搗要求更高，需要防火防銹處理，造成因涂刷防火涂料，造價(jià)高于型鋼混凝土。

1.2塔樓樓蓋結(jié)構(gòu)形式

（1）鋼筋混凝土梁板樓蓋

優(yōu)勢(shì)：施工簡(jiǎn)單，造價(jià)低;劣勢(shì)：施工速度較慢。

（2）鋼結(jié)構(gòu)樓蓋（鋼梁與壓型鋼板樓蓋）

優(yōu)勢(shì)：自重小，施工快，核心筒可滑模施工，通過(guò)施工階段梁端鉸接消除外框架與核心筒變形差對(duì)框架梁的不良影響，梁腹板可開(kāi)洞提高凈空;

劣勢(shì)：用鋼量大，抗側(cè)剛度較其他樓蓋稍弱，需防火防銹處理，同時(shí)需要考慮現(xiàn)場(chǎng)堆放和成品保護(hù)問(wèn)題，也需要考慮塔吊的使用效率問(wèn)題。

1.3結(jié)構(gòu)選型初步

基于上述情況，對(duì)以下5個(gè)方案進(jìn)行對(duì)比分析：

S-方案1：型鋼混凝土柱+鋼筋混凝土核心筒+鋼筋混凝土樓蓋;

S-方案2：鋼管疊合柱+鋼筋混凝土核心筒+鋼筋混凝土樓蓋;

S-方案3：圓鋼管混凝土柱+鋼筋混凝土核心筒+鋼筋混凝土樓蓋;

S-方案4和S-方案5：圓鋼管混凝土柱+鋼筋混凝土核心筒+鋼梁與壓型鋼板樓蓋。

2、荷載作用與計(jì)算參數(shù)

2.1主要荷載（作用）取值

2.1.1樓（屋）面活荷載

樓面荷載按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010以及《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施（結(jié)構(gòu)篇）》（2009版）的相關(guān)規(guī)定取值。

2.1.2風(fēng)荷載

本工程風(fēng)荷載及參數(shù)取值按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010確定，見(jiàn)表1。

注：本工程屬對(duì)風(fēng)荷載比較敏感建筑，承載力設(shè)計(jì)時(shí)按基本風(fēng)壓的1.1倍采用

2.1.3地震作用

根據(jù)《建筑抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50223-2008），本工程B#樓的抗震設(shè)防類(lèi)別為 乙 類(lèi);根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2016）及《建筑抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50223-2008）的規(guī)定，建筑場(chǎng)地地震抗震設(shè)防烈度為 7 度，本工程地震作用計(jì)算采用的抗震設(shè)防烈度為 7 度;B#采用抗震設(shè)防烈度為 8 度加強(qiáng)抗震措施。設(shè)計(jì)地震分組為第 三 組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為 0.1g ，多遇地震水平地震影響系數(shù)最大值為 0.08 ，罕遇地震水平地震影響系數(shù)最大值為 0.5 ;反應(yīng)譜特征周期Tg= 0.45秒（罕遇地震時(shí)為 0.5 秒），結(jié)構(gòu)阻尼比為 0.04。

2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)

見(jiàn)表2

3、上部結(jié)構(gòu)方案對(duì)比分析

3.1方案材料和構(gòu)件尺寸對(duì)比

3.2方案經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

見(jiàn)表4

結(jié)論：

（1）方案1的框架柱截面最大，方案2和方案5的框架柱截面較小;方案3的剪力墻截面最大，方案4和方案5的剪力墻截面較小。

（2）方案1和方案2的施工周期最長(zhǎng)，其次是方案3的，方案4和方案5的施工周期最短。

（3）從總材料造價(jià)看，方案4及方案5的材料費(fèi)較高，但由于方案4和方案5的外框采用鋼框架，大大減小結(jié)構(gòu)自重，減小地震力與基礎(chǔ)造價(jià)，總體的材料總造價(jià)增加不多，并且鋼構(gòu)件均可在工廠加工完成，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，并免除現(xiàn)場(chǎng)混凝土的支模工序，縮短工期。

（4）從豎向構(gòu)件截面尺寸，材料造價(jià)，施工工期綜合來(lái)說(shuō)，采用方案5綜合經(jīng)濟(jì)效益更好。