超高層結構設計和成本控制廣州容柏生建筑結構設計事務所魏捷2010年8月27日一、超高層的定義我國90年代初期超高層的定義是超過100米的建筑。90年代末期深圳出現了地王大廈324.8米、賽格廣場278.8米的超高層，上海也建成了金茂大廈420米。進入21世紀的十年，高度被不斷刷新，已建成最高的建筑是上海環球金融中心，高度為492米。90年代超高層代表超過400米高層一覽從結構設計的角度，一般認為超過《高層建筑混凝土結構技術規程》高度限值規定的高層稱之為“超高層”。

二、超高層結構的特點1、超高層的主要受力特點：影響結構布置和結構構件尺寸的主要因素是水平力的作用——地震作用和風作用。2、地震作用主要是由結構自重產生的慣性力。主要影響因素為：結構自重、結構剛度以及結構的阻尼比。在高烈度地震區（如北京、西安、昆明、海口等8度區）以及Ⅳ類場地的7度區（上海、天津部分地區），地震作用起主導。對結構的要求是在具備一定剛度的同時應盡量減小結構的自重。3、在沿海地區，深圳、廈門、三亞等地區，由于風荷載較大，對超高層其主要作用的是風荷載。主要是100年一遇對結構變形的影響以及10年一遇對結構舒適度的影響。對結構的要求是具有足夠的結構剛度。三、超高層的結構體系超高層從抗側力的角度主要有：1、框架；2、剪力墻（含筒體）；3、支撐三類構件。一般需要設置兩道防線。常用的組合為：1+2、1+3、1+2+3三種。按材料劃分主要有：a、鋼筋砼結構；b、鋼結構；c、鋼—砼混合結構。上述1+2體系多采用a；1+3體系多采用b；1+2、1+2+3體系多采用c。1、鋼筋砼框架—筒體結構（a，1+2）在較低的超高層（200米以下）中應用較為普遍。它具有：1）剛度大；2）結構自重較大（大于20KN/㎡)；3）阻尼比大（0.05）；4）造價相對低廉等特點。在8度以下地區采用優勢較為明顯。目前，即使超過300米的結構仍然有一定優勢。例如：深圳的漢國大廈。高311.9米，75層。由于核心筒距離外框架柱跨度較小（9米），采用砼體系仍然較為經濟。按施工圖統計，結構造價約2700元/㎡。深圳漢國大廈提高結構的剛度是本工程的主要目標。設計時以控制風荷載位移為目標，同時驗算結構在不同目標風速下的加速度。混凝土樓蓋和鋼結構組合樓蓋的比較——材料用量材料類型構件

組合樓蓋

混凝土樓蓋

混凝土/組合方案

混凝土(m3)墻2915829158

柱80028002

梁-8598

樓板(包含核心筒梁)

1982019820

總計5697965577115.1%平均(m3/m2)0.500.58115.1%用鋼量

(t)壓型鋼板(m2)81500-F15以下墻體內埋666666

柱69796979

伸臂桁架39073907

梁7303-

總計188551155361.3%平均(kg/m2)16710261.3%2、鋼框架—支撐體系（b,1+3體系）。具有：1）剛度較大；2）結構自重輕（10~13KN/㎡）；3）阻尼比小（0.02）；4）造價相對較高等特點。在8度及以上地區采用優勢較為明顯。例如：天津津塔、北京銀泰中心等。由于構件尺寸較小，節省較多建筑空間。北京銀泰高250米，標準層僅為40米X40米；在使用空間相同的情況下，比一般的砼結構的45米X45米的平面節省面積26.5%。北京銀泰用鋼量168Kg/㎡；天津津塔用鋼量191Kg/㎡。結構造價超過3000元/㎡北京銀泰津塔銀泰平面津塔平面3、鋼—砼混合結構體系主要是指框架的梁、柱為鋼梁、鋼管砼柱或型鋼砼柱；核心筒為鋼筋砼筒體。應用范圍較廣。具有：1）剛度大；2）自重適中（17~18KN/㎡）；3）阻尼比0.035~0.04；4）造價介于砼和鋼結構之間。目前，國內高度前幾位的超高層建筑均采用此種體系。我所設計的安徽國際金融中心（57層，224米）采用此體系，鋼結構用量76Kg/㎡、鋼筋用量46Kg/㎡；砼用量為0.46m3/㎡。結構造價較便宜。安徽國際金融中心四、超高層結構設計考慮的主要因素1、選擇恰當的抗側力體系1）保證足夠的抗側剛度；2）保證兩道抗震防線—筒體、框架；3）保證結構的舒適度。結構體系第一道防線核心筒第二道防線框架2、選擇恰當的樓蓋體系鋼筋砼結構體系宜選擇鋼筋砼主次梁樓蓋。跨度一般在10米以內較為經濟。選擇寬扁梁，鋼筋用量一般增加20%左右。也有采用空心平板體系，跨度在9米以內可考慮。混合結構、鋼結構一般選擇鋼梁—組合樓板體系。主要是發揮鋼結構施工速度快的特點。對于跨度大于12米的情況，經濟性明顯。組合樓蓋主要有樓承板、鋼筋桁架板、鋼筋砼預制現澆疊合板等形式。幾種組合樓板型式3、選危擇恰姨當的切構件罰組合許型式采用鋼認筋砼柱劉時，一類般采用例鋼筋砼義梁；采用集型鋼柄砼柱暗時，劃可采芬用鋼園梁和皺鋼筋伴砼梁造均可廢。取臨決于手樓蓋蹄體系少。采用仁鋼管層砼柱權（圓舍形、誰方形爛）時繩，應省盡量伐考慮傳采用走鋼梁魯。采咐用砼捧梁時塊應注執意節攻點的壓處理越方式敗：砼定環梁創節點旨影響抗建筑電立面晝。目怕前有瞧采用墨鋼管莖開孔感的節麥點型斥式，蒸雖有把試驗頃結論為，尚病未形愁成規帝范。節點味實例4、選摧擇恰餡當的筐基礎榆型式基礎型鬧式主要閃取決于浪地質條顆件。恰來當的基蟻礎型式寒造價僅罵占主體撒造價的10%以內。選擇合劑理的持陶力層；告如：強薄風化承念載力低飼、埋藏百淺；微宅風化承腥載力高桃、埋藏桂深。應貧進行經卸濟分析控。選擇巖最適騾合場圖地施鏟工、交質量謊易控鋒制的位樁型蛛。綜合考絹慮樁基爽和承臺胖的成本流。主樓范姥圍外的始地下室鑰抗浮方吹案對成朗本影響節較大。五、開影響先結構脆成本嗚的幾籃個主渾要因傷素1、基坑讀支護。超高層測結構由亡于埋深擾的要求夸，地下高室較深日。一般檔至少三跌層，深縮慧度在15米以灶上。源目前火深基朋坑主籃要分披樁錨外體系拘和內邀支撐箱體系猛兩大天類。津其中虧內支飄撐體影系中輕包含城“逆廈作法暗”。樁錨倒體系揚造價企較高鳥，安班全性社差。因施工窮方便耗。內支雷撐體料系相奏對便癢宜，療安全析性好壇。支傍撐影貸響上典部結遞構施犬工。服如可稈采用寄逆作么法，崖綜合點效益蹄會比留較明悼顯。內支郊撐體云系15米的訊深基鑼坑造奮價在2.2免~2.捐6萬元/延長米葵。根據50敢~6炮0層結構右項目測智算，按唯單棟10萬平抓米計承算。蝴基坑街支護礙的造說價約恐為80情~1裁20元/㎡。2、樁基新選型除個釀別可淘以采桑用天請然地還基的偏情況曉外，罰絕大紫多數積超高連層結哀構采按用樁斑基。跳樁基肺分為品預制示樁和糧灌注領樁兩炎大類判。1）超高綱層建筑范可以采摧用預應慈力管樁盼的情況歷較少。頌主要采山用鋼管放樁，如頁上海金發茂采用Φ91脆4的鋼管幻玉樁。承答載力一斜般，造辰價較高夕，施工塞速度快句。2）灌朵注樁諒。按組成孔饑形式鳳分為殊人工分挖孔主和機洋械成國孔兩纏類。擠按受吵力型談式分執為摩旦擦樁黃和摩壁擦端射承樁抖。軟土地擇質條件爛都是摩稠擦樁。饑由于其碰承載力毯較低，削一般按商群樁和宜厚筏板供共同工策作的方終式設計窯。其特萌點是承比臺較厚瞧。在受倍力上，脂布樁與則板厚的論關系比佩較密切窄，需要廚做不同蹈的方案儀進行經屋濟比較絮。巖層妄埋藏哪較淺袍的地戴質條出件，缺應首心選大盾直徑駐摩擦描端承樓樁。并盡量圖做到窄一柱兵一樁鋪，核糠心筒逢的樁婦布置洪在墻見下。業目的難是減壇小承鍛臺厚委度。根據經釋驗統計模，灌注告樁的造烏價在100元/㎡~延150元/㎡之間。妨而筏板任的厚度言不同的遺方案相吊差較大幕，因此恩基礎選懲型的成芒本控制密關鍵點家是筏板拍，樁基是是相對應次要的董。3、主荷體結商構1）剪適力墻超高層元的剪力習墻一般揭抗震性艦能目標爺都是將脅底部加倆強區設勞定為中顛震彈性縣。其抗笨剪承載封力是小俗震的2.8倍左系右。胳墻體蒸的配歌筋率可一般蘭在0.鴨6%以上喘，暗畏柱一拐般需純要設聾置型眼鋼。姥底部纖加強察區的狡范圍哄取結狂構總呢高度男的1/8取整后叔再加一可層的高叼度。設置剛絞性加強爸層的結歌構，其揚加強層臥以及上概下層也咸常常需百要設定肚為中震純彈性。腦配筋同幸底部加哈強區。剪力變墻的階造價削在主括體構暴件中像占35則%左右。底部加擴強區剛性加咐強層非底憲部加沫強區剪力墻行部位指芒示非底卻部加姓強區酬，一并般按潔構造催配筋唇。分徹布筋遞為0.3都%。2）框架戀柱型鋼砼茶柱：在杜底部加窮強區按喂中震彈愛性設計糠。其余到部位應炸按規范4%的最耍小配瘡鋼率畢配置婦型鋼安。鋼管砼起柱：除慣底部加忘強區外劈燕，其余香部位應捉按計算死值控制謠。在鋼贈管或竭型鋼集的設吵計中忠，應森特別什注意蜻材質賞和鋼零板厚捆度的羊需選說擇。普通的Q34朱5B、C鋼材潤其強菌度按護厚度計分組榜，厚衡度超歐過35m墳m時，強含度僅為26霞5M窄Pa，因周此厚臥鋼板哪應優租先選品擇Q3牧45節GJ的高剩建鋼下，其石強度拾不分趨組。此外郊，當災鋼板臥厚度權超過40卵mm小于60m冰m時，走必須悼提供Z1磨5的Z向性能獅要求；役大于60攝mm時需洲要Z25性能大。這華樣的戚材料賣價格要一般寧比中釣厚板垂高15單%~哀20分%，且有咽一定的啦訂貨期扮。設計稼中應盡舌量避免你采用。當柱張斷面圈較大哨時，羞應注涉意核真算每未層型免鋼或捏鋼管滑的重迫量。駝盡量金避免吐單件主重量士過大傲的情珍況，庸這往剝往是刃施工藍選擇歐塔吊流的決手定因任素。答超過36B的塔吊革費用將盞成幾倍妙的增加聞。在較德長的工讓期中，朋成本和信用電量遮都很明認顯增大眾。柱的學鋼材買用鋼撤量一哥般占40~浸45K喊g/㎡。3）樓層男梁選擇鋼粉梁體系奸的樓蓋牲其成本栽主要分千為：鋼瓜梁、樓爺承板、仰鋼筋砼壁板三部浪分。成額本主要傲與跨度煮有關。望以12米跨為唯例，鋼爽梁40K狠g/㎡、樓串承板100元/㎡、砼0.塌12靠m3/㎡、鋼筋6K稠g/捉㎡。樓層幟造價約50至0元/㎡（含鋼遲梁防火廟涂料）般。選擇鋼途筋砼體漿系成本等約為鋼今結構的60積%~壩70抽%。（詞當然揪建筑總效果嶼沒有身可比冬