250米超高層結構選型對比

李澤棟

【摘要】近年來在政府土地政策的引導下，超高層建筑越來越多，一是有利于資源最大化利用，二是利于經濟的發展。對于超高層建筑設計來說選型非常重要，本文主要分析250米超高層結構選型的方案對比，以期能對設計人員提供些許參考意義。

【關鍵詞】超高層;結構;選型

1、結構方案

1.1超高層結構常用類型

根據建筑方案，B#塔超高層為247.1m，方案采用框架-核心筒結構，針對框架-核心筒體系的結構形式，常用結構形式：

（1）全鋼筋混凝土結構

優勢：結構剛度大，風荷載下側移較小;節點簡單，造價較低，施工作業面及塔吊的效率要求不高。

劣勢：結構自重大，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，每層施工時間平均比鋼結構多約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。

優勢：延性好，抗震性能優于混凝土結構;柱截面較混凝土減小約30% -40%，造價低于鋼管混凝土柱。

劣勢：柱截面較大，占用較多建筑空間;節點較復雜，通長鋼筋的施工難度較大，施工質量較難保證;造價高于鋼筋混凝土結構。主體施工周期相對鋼管混凝土外框結構長約1～2個月。

（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）

優勢：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度，同時結構延性好;柱截面較小，增加建筑使用面積;工藝較簡單，框架節點成熟可靠，施工速度較快。

劣勢：梁柱節點相對普通混凝土結構復雜;現場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，造價高于型鋼混凝土。

1.2塔樓樓蓋結構形式

（1）鋼筋混凝土梁板樓蓋

優勢：施工簡單，造價低;劣勢：施工速度較慢。

（2）鋼結構樓蓋（鋼梁與壓型鋼板樓蓋）

優勢：自重小，施工快，核心筒可滑模施工，通過施工階段梁端鉸接消除外框架與核心筒變形差對框架梁的不良影響，梁腹板可開洞提高凈空;

劣勢：用鋼量大，抗側剛度較其他樓蓋稍弱，需防火防銹處理，同時需要考慮現場堆放和成品保護問題，也需要考慮塔吊的使用效率問題。

1.3結構選型初步

基于上述情況，對以下5個方案進行對比分析：

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、荷載作用與計算參數

2.1主要荷載（作用）取值

2.1.1樓（屋）面活荷載

樓面荷載按《建筑結構荷載規范》GB50009-2012、《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010以及《全國民用建筑工程設計技術措施（結構篇）》（2009版）的相關規定取值。

2.1.2風荷載

本工程風荷載及參數取值按《建筑結構荷載規范》GB50009-2012、《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010確定，見表1。

注：本工程屬對風荷載比較敏感建筑，承載力設計時按基本風壓的1.1倍采用

2.1.3地震作用

根據《建筑抗震設防分類標準》（GB50223-2008），本工程B#樓的抗震設防類別為 乙 類;根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2016）及《建筑抗震設防分類標準》（GB50223-2008）的規定，建筑場地地震抗震設防烈度為 7 度，本工程地震作用計算采用的抗震設防烈度為 7 度;B#采用抗震設防烈度為 8 度加強抗震措施。設計地震分組為第 三 組，設計基本地震加速度值為 0.1g ，多遇地震水平地震影響系數最大值為 0.08 ，罕遇地震水平地震影響系數最大值為 0.5 ;反應譜特征周期Tg= 0.45秒（罕遇地震時為 0.5 秒），結構阻尼比為 0.04。

2.2 結構計算參數

見表2

3、上部結構方案對比分析

3.1方案材料和構件尺寸對比

3.2方案經濟性對比

見表4

結論：

（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，其次是方案3的，方案4和方案5的施工周期最短。

（3）從總材料造價看，方案4及方案5的材料費較高，但由于方案4和方案5的外框采用鋼框架，大大減小結構自重，減小地震力與基礎造價，總體的材料總造價增加不多，并且鋼構件均可在工廠加工完成，標準化程度高，并免除現場混凝土的支模工序，縮短工期。

（4）從豎向構件截面尺寸，材料造價，施工工期綜合來說，采用方案5綜合經濟效益更好。