超高层框架-核心筒结构不同结构类型的实例比较及加强层选型实例分析

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773 947 1104
采用刚性桩复合地基上的筏板基础。
18
地基基础造价估算结果如下: 方案一混凝土结构:复合地基+筏板的综合造价为137元/m2 方案二纯钢结构:复合地基+筏板的综合造价为82元/m2 方案三钢砼混合结构:复合地基+筏板的综合造价为111元/m2。
19
考虑基础影响的造价如下表:
7
400x700
400x900
400x700
C60 1500x1800
800
800
400x1100
400x700
400x700
方案一 低区平面布置图
8
➢ 方案二:纯钢结构
结构整体采用钢结构方案。 核心筒:采用圆钢管混凝土柱及钢斜撑,底部钢管柱直径 800x40、C80砼(比纯钢柱利于受压,受拉和受弯及延性不 差于钢柱) 框架柱:底部口800X40、C80方钢管柱(利于受压) 框架梁:外框架梁 HN600X300X10X18(刚接)
结论:采用增加柱截面的方法来 提 高侧刚是低效和昂贵的,在满 足侧 向刚度的条件下尽量选用直 径较小 的柱子。
楼层
0
0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 层间位移角
6、可供选择的加强层方案
由以上分析得出仅在第39层设加强层且柱子直径全部取1300可以得 到性价比最优的布置,以下再比较几种可供选择的加强层结构类型: 方案一: 设置两榀钢结构伸臂桁架和两榀钢结构腰桁架 (1/578 <1/540)
51385 38226
4.32 ( X向平动)
0.79 1.25 1.51 1/443
1/265
17684 15352
1.42 (扭转)
0.45 1.21 1.26 1/1126
1/738
45522 34784
——
60%
9%
14
4.1 上部结构经济指标及造价估算
采用YJK粗略估算。 估算综合单价按:混凝土550元/m3,钢筋采用HRB500级 为5500元/t,型钢10000元/t。
伸臂桁架
伸臂桁架 腰桁架
腰桁架
方案二: 设置两榀钢结构伸臂桁架和两榀截面为500X3700的半高混凝土腰梁 (1/556 <1/540)
的因素,在钢筋混凝土方案和钢结构方案中进行选择。
25
以广州琶洲某超高层办公楼 为例,进行加强层选型分析
230米钢筋混凝土框架-筒体结构
1、工程概况
项目位于广州琶洲,建筑总面积约为12.3 万平方米,设有3层地下室,地上54层,结构高度 约为230米。建筑标准层平面图、立面图详见图1. 1~1.2。
结论:可以只在第三避难层设 置一层加强层
楼层
0 0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020
层间位移角
B、钢桁架榀数的选择: B-1、不设置加强层 B-2、设四榀伸臂和两榀腰桁架
伸臂桁架
B-3、设四榀伸臂 B-4、设两榀伸臂 B-5、设两榀伸臂桁架和两榀腰桁架






B-2
21
5.1 工期差异估算
钢筋砼高层一般标准层工期在5~7天/层,钢砼混合结构每 层约能节省2天,钢结构则每层约节省3天。节省的工期对于造价 的影响,未列入本次经济比较中。
5.2 各方案技术优缺点
方案一:普通钢筋混凝土结构
优点:造价经济,技术成熟,工期可控,施工队伍选择范 围大。由于基本可由施工单位垫资,故前期资金压力小。
图1. 1
图1. 2
2、项目特点
➢位于7度区,基本风压0.5,结构由抗风控制
➢采用钢筋混凝土框架-核心筒结构(钢管混凝土柱), 超B级高度,Y向高宽比达7.82
➢建筑有三个避难层,结构需设加强层才能满足侧向 刚度要求
梁高900 墙厚1300
墙厚1300
梁高900
注: 1、梁高度除标明外均为700 2、剪力墙厚度除标明外均为800
0
0
0.03035
455
0.00869
130
17
4.3 考虑实用面积影响的结构综合造价
方案
上部结构造价 (元/m2)
方案一钢筋砼 方案二钢结构 方案三混合结构
772.7 1402.6 1234
4.4 考虑基础影响的造价
增加实用面积相 当减少的造价
(元/m2)
0
455
130
上部结构综合造 价(元/m2)
23
方案三:混合结构
优点:一定程度缩小了柱截面,增加了实用面积;楼盖施工 不需支撑模板,工期较短,如果采购、制作及组织安装均顺利 的前提下,约可节约工期80天 。
缺点:由于规范控制其侧刚与混凝土结构相同且自重和地震力 减小不大,故结构梁高大、建筑净空小,综合造价最高;施工 工艺对施工队伍的技术要求很高,需要选择技术力量雄厚的施 工单位,否则工期反而可能增加且质量难以保证。钢构件需要 提前采购制作且无法垫资,甲方在前期资金压力大。
缺点:施工需要支撑模板,建筑实用率低,工期相对钢结构 方案较长。
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方案二:钢结构
优点:规范对钢结构侧刚限值有很大放松,可以很大程度缩小 柱截面,明显增加实用面积,施工不需支撑模板,施工速度快。 与方案一相比,总工期约减少120天。
缺点:造价较高,安装工艺对施工队伍技术要求高,需要选 择技术力量雄厚的施工单位,否则工期反而可能增加质量也难 保证。钢构件需要提前采购制作且无法垫资,甲方前期的资金 压力大。
以柱截面面积最大的方案一为基准,比较各方案柱截面节省的实 用面积,并以实用面积15000元/m2的商业价值估算其对建筑综合造 价的影响。
方案
方案一钢筋砼 方案二钢结构 方案三混合结构
节省的总实 用面积(m2)
0 1994 571
单位结构面积节 相当单位结构面 省的实用面积(m2) 积节省的造价
(元/m2)
B-3
B-4
B-5
Y向风作用下层间位移角
B-1 max=1/505
B-2 max=1/600
B-3 max=1/569
50
B-4 max=1/551
B-5 max=1/587
40
30
20
10
分析:由图可知,随着桁架榀 数的增加结构的侧向刚度逐渐 提高,但B-2与B-5相比去掉中 间两榀伸臂后刚度变化不大 (分母变化13),故知其贡献 较微,而中间两榀全宽的伸臂 桁架作用最大(分母增量46), 其次为腰桁架(分母增量36)。
蓝色区域柱子加大至1400
D-3
蓝色区域柱子加大至1400
D-2
D-4
Y向风作用下层间位移角
D-1 max=1/529
D-2 max=1/557
50
D-3 max=1/551
D-4 max=1/541
40
30
20
10
分析:随着增大直径柱子数量的增 加,结构的侧向刚度有所增大,但 效果不明显(分母最大变化量28), 且增加柱子的直径对建筑使用功能 的影响最大且会增加较多的结构成 本。
24
➢ 钢结构方案:建筑实用率最高,工期优势大,综合造价仅 略高于混凝土方案;高烈度区性价比较突出。
➢ 混合结构方案:综合造价最高,对建筑实用率提高不明显, 施工难度较大;
➢ 钢筋混凝土结构方案:造价最低,施工成熟方便,但建筑 实用率最低。低烈度区较有优势。
➢ 综上所述,建议甲方综合权衡建筑商业价值、造价及工期
➢以昆明某超高层办公楼的结构选型分析为例,对 框架-核心筒结构采用不同结构类型进行技术经济 比较
1、工程概况
➢项目位于昆明,地上41层,建筑高度约166m,超B级 高度,X、Y向高宽比为2.83、5.04,标准层高3.9米, 11、26为避难层。剖面图、典型平面图如下所示:
剖面示意图
3
4
5
➢ 设计基本条件:抗震设防烈度8度(0.2g),设计地震 分组为第三组,场地类别III类,场地特征周期达到 0.65s(相当第一组的IV类场地)
➢ 方案三:钢-砼混合结构
钢筋混凝土核心筒+钢框架 核心筒:普通钢筋混凝土核心筒,底部C60砼,厚度
700 框架柱:底部 口800X1500X20 C80砼方钢管柱 框架梁:外框架梁 HN700X300X12X20 (刚接)
内框架梁 HN700X300X12X25 (刚接) 次梁: HN450X150(250)X8X12(16) (铰接) 加强层:同方案一
15
方案
砼折算
厚度 (m/m2)
方案一钢筋砼 方案二钢结构 方案三混合结构
0.389 0.135 0.279
钢筋含量 (kg/m2)
标准层结构粗
型钢含量
估造价
(kg/m2) (元/m2)
87.4 6.6 31.2
7.8 129.2 90.9
773 1402.6 1234.1
16
4.2 实用面积比较
40
C-4、尺寸为800X1000X60面积为2016cm2的方钢管
楼层
30
分析:由图可知,杆件尺寸的增加对改善结构的
侧向刚度不显著。
20
结论:可以采用尺寸为600X800X35的方钢管
10
Y向风作用下层间位移角
C-1 max=1/505 C-2 max=1/602 C-3 max=1/613 C-4 max=1/624
低区标准层
注: 1、梁高度除标明外均为700 2、剪力墙厚度除标明外均为400
墙厚600
墙厚600
梁高900
高区标准层
5 加强层敏感性分析
A、加强层位置的选择: 第一避难层在建筑13层,第二
避难层在建筑22和23层,第三避难 层在建筑39层。 A-1、不设置加强层
A-2、在第三避难层设置一层加强 层
0 0.0000
0.0005 0.0010 0.0015 层间位移角
0.0020
D、柱子直径的选择: D-1、柱子的直径从下至上全部为1300
D-2、第39层以下全部柱直径加大至1400
D-3、第39层以下10根柱直径加大至1400 D-4、第39层以下4根柱直径加大至1400
蓝色区域柱子加大至1400
12
HN700x300(刚接) HN700x300(刚接)
C80 800x1500x20
C60 700
方案三 低区结构平面布置图
13
项目 T1
前3周期
T2
T3
第1扭转/第1平动周期
规定水平力下最大扭
X向
转Байду номын сангаас移比
Y向
X向
地震下最大层间位移角 Y向
X向 地震基底剪力
Y向
Y向与混凝土结构相 比降低幅度
限值 ——
方案一
3.34 (Y向平动)
方案二
5.85 (Y向平动)
方案三
3.18 (Y向平动)
——
2.07 (X向平动)
4.65 (扭转)
1.95 (X向平动)
—— ≤0.85
混凝土、混合结构 为1/729,钢结构 为 1/250
1.56 (扭转)
0.47 1.21 1.23 1/1176
1/732
结论:可以采用两榀全宽伸臂 桁架以及两榀腰桁架
楼层
0 0.0000
0.0005 0.0010 0.0015 层间位移角
0.0020
C、钢桁架杆件尺寸的选择:
C-1、不设置加强层
C-2、尺寸为600X800X35面积为931cm2的方钢管
50
C-3、尺寸为600X800X50面积为1300cm2的方钢管
方案
方案一钢筋砼 方案二钢结构 方案三混合结构
上部结构造价 (元/m2)
772.7 1402.6 1234.1
考虑基础的综合 造价(元/m2)
909.7 1484.6 1345.1
考虑实用面积的 折算综合造价
(元/m2)
910
1029
1215
20
4.5 经济比较结论
考虑实用面积变化及地基基础造价在内的综合造价结 果:方案一钢筋混凝土结构最低,方案二钢结构次之, 增加13约120元/m2;方案三混合结构最高,增加1/3约 305元/m2
内框架梁 HN450X150(250)X8X12(16)(铰接) 斜杆: 口350X350X25X25 加强层:需在第11层和第26层设置两层加强层
9
HN600x300(刚接) HN450x150(铰接)
C80 800x800x40 Ф800x40
C80
方案二 低区结构平面布置图
10
钢结构模型示意图
A-3、在第二、三避难层设置两加 强层
A-4、在第一、二、三避难层设置 三层加强层
A-1
A-2
A-3
A-4
Y向风作用下层间位移角
A-1 max=1/505
A-2 max=1/600
A-3 max=1/613
50
A-4 max=1/614
40
30
20
10
分析:由图可知,在第三避难 层设置加强层效果比较显著 (分母增量95)。在第二避难 层设置加强层效果微小(分母 增量13),在第一避难层设加 强层基本无效(分母增量为 1 )。
➢ 采用框架-核心筒结构体系,需要设置加强层。
6
➢ 方案一:普通钢筋混凝土结构
框架柱:普通钢筋混凝土柱,底部C60砼,1500×1800。 核心筒:普通钢筋混凝土核心筒,底部C60砼,厚度800、 400。 楼盖体系:普通钢筋混凝土梁板式,外框梁 X向300X900、 Y向300X1100,内框架梁300x700。 加强层:在第26层及顶层设置2层加强层
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