随着我省经济的快速发展,超高层建筑每年呈递增趋势,特别是杭州作为“准一线”城市,更是加快了超高层建筑建设的步伐。虽然有诸多的案列可以参考,但每每遇到自己要设计或建造超高层建筑,还是疑惑重重。到底选用哪一种结构形式,哪一种结构体系,是设计前期重点考虑的问题。博牛以曾经服务过的超高层建筑为基础,结合现有的文献资料,对杭州地区超高层建筑的结构类型、优劣势以及成本进行分析,供同行参考。
杭州市区抗震设防烈度为7度(0.10g),萧山区、滨江区为6度设防,50年一遇基本风压值为0.45kN/m2,场地类别常见的为三类,局部区域为二类或四类。常见的高层结构体系按照高度分类如下:
按规范,各结构体系适用高度如下:
200m以内超高层建筑主要采用三种结构体系,A:框架核心筒结构方案、B:支撑结构方案、C:异型体系结构方案。
A:框架核心筒结构方案。是指由外围梁柱组成的框架体系与中心筒体共同组成的结构体系,基本构成分为两种形式:a)型钢混凝土柱+混凝土梁+内置型钢混凝土核心筒、b)钢管混凝土柱+钢梁+内置型钢混凝土核心筒;
B:支撑结构方案。支撑结构方案基本上以钢结构为主,总体刚度偏柔,一般需结合建筑体型布置支撑,需结合设备层情况设置刚臂桁架。支撑结构是一种高效的结构构成,基本构成分为两种形式:a)钢管混凝土柱+钢梁+内支撑+空间外支撑+刚臂桁架、b)钢管混凝土柱+钢梁+支撑内筒+刚臂桁架。
C:异型体系结构方案。根据建筑造型及功能要求,结构体系在选型上必须结合建筑外形特色,结构构件既是承重和抗侧力构件,又兼做建筑装饰构件,这就衍生出了多样的结构体型形式,更加具有空间化特色,同时也加大了施工难度,一般建造成本较高。目前比较有代表性的有:钢管混凝土网格筒+钢骨混凝土核心筒。
根据现有工程统计,针对不同高度,博牛分别对纯混凝土、纯钢结构以及混合结构的综合造价进行统计,得出下表:
1、对于100m以下的建筑,纯混凝土结构具有一定的经济优势,但总体上,三者相差不大。
2、超过100m的建筑,随着高度增加,混合结构造价优势越来越明显。
从目前工程实践反馈的情况来看,三者优缺点的对比如下:
随着建造高度的增加,钢的比重尤其是型钢的比重会越来越大,当建筑高度在100m以上时,由于混凝土的自重较大,墙柱所占的建筑面积越来越大,建筑自重很大,又增加了地震作用和基础造价成本,因此,建筑越高,越不适合采用纯混凝土结构;而纯钢结构因其刚度偏小,当高度较高时,舒适度和刚度的控制增加了建造成本;匹配度较好的混合结构能极大程度上兼顾两者的性能,是一种较好的结构构成形式。以目前的钢材价格及工程实践经验来看,在100m~200m的高度范围内,钢管混凝土柱+钢梁+钢骨混凝土核心筒(或支撑筒)是既能缩短建造周期又能节省建筑造价的最佳结构形式。
作者简介:
吴建军——博牛结构优化工程师,擅长多高层钢结构优化设计,对钢结构、复杂结构体系有深入的研究,主持完成国内外多项复杂钢结构工程的设计与优化工作。
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混凝土结构
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