003某7度区超限高层结构方案比选_王明

Structural scheme comparison of an out-of-code high-rise building in 7-degree seismic region Wang Ming，Wei Jianghua，He Chong，Zhang Xun，Yuan Tianyi
（ Chengdu JZFZ Architectural Design Co．，Ltd．，Chengdu 610031，China） Abstract： The project contains an out-of-code high-rise office building （ tower A，210m） and two out-of-code high-rise apartments （ tower B and C，199m） ． The heights of the buildings surpass the height of B-level height requirement of the code． According to the architecture scheme purposes，the sets of the corewall width were compared to obtain the suitable depth-width ratio for the structure． On this basis，the advantages and disadvantages of various structural systems were compared in aspects of the mechanical characteristics，cost，construction technology，fire protection and anticorrosion design， construction period，structural details and usable space． Ｒesults show that reinforced concrete frame with steel reinforced concrete column-corewall structural system should be adopted． This system is appropriate in economy and rigidness for the super-tall tower of 200m or so at construction site with well condition under small earthquake and wind actions． Keywords： out-of-code high-rise building； reinforced concrete frame with steel reinforced concrete column-corewall structure； depth-width ratio； structural scheme comparison
图 3 塔楼 C 单体结构含钢量对比折线图
图 4 各方案结构成本对比折线图
图 5 各方案刚重比对比折线图
图 6 筏板基础示意图
图 7 各方案总质量折线图
图 8 各方案基础成本折线图
3. 3 总质量及基础成本评价 根据一期地勘快报资料，持力层为密实卵石层，
修正前地基承载力特征值达到 850kPa，场地 条 件 较好。
结合本工程抗震设防烈度、不规则程度、房屋高 度、结构发挥延性变形的能力、结构造价、震后的各 种损失及修复难度等因素，对结构进行抗震性能评 估时，将其性能目标拟定为 C 级［1］。各类构件控制 指标见表 1。 2 核心筒结构最优高宽比
高层建筑 的 高 宽 比，是 对 结 构 刚 度、整 体 稳 定
图 1 项目建筑效果图
性、承载能力和经济合理性的宏观控制。因此，结构 专业在建筑方案设计阶段就应充分介入。建筑首轮 方案中，由于塔楼 C 核心筒宽度较窄，原始高宽比
作者简介： 王 明，硕 士，一 级 注 册 结 构 工 程 师，中 级 工 程 师，Email： wangming@ JZFZ． com。
第 45 卷 第 17 期
整体及各构件性能目标控制
表1
பைடு நூலகம்
构件
小震
中震
大震
（ 完好） （ 轻度损坏） （ 中度损坏）
底部加强区核心筒 剪力墙（ 关键构件）
弹性
抗剪弹性， 抗剪弹性， 抗弯不屈服 抗弯不屈服
外框架柱、非底部加强区核心
抗剪弹性， 抗剪弹性，
筒剪力墙（ 普通竖向构件） 弹性 抗弯不屈服 部分抗弯屈服
剪力墙连梁、 框架梁（ 耗能构件）
第 45 卷 第 17 期 2015 年 9 月上
建筑结构 Building Structure
Vol． 45 No． 17 Sep． 2015
某 7 度区超限高层结构方案比选
王 明， 卫江华， 何 翀， 张 勋， 袁天义
（ 成都基准方中建筑设计有限公司，成都 610031）
［摘要］ 本项目包含一栋超限高层办公楼（ 塔楼 A，210m） 及两栋超限高层公寓（ 塔楼 B，C，199m） ，房屋高度均超 过 B 级高度。依照建筑方案意图，对核心筒宽度设置进行了比选，得出了结构适宜高宽比。在此基础上，从结构受 力特性、经济指标、施工工艺、防火防腐、建设周期、构造要求、使用空间等方面对各类结构类型的优劣进行了对比。 结果表明： 项目应选用钢筋混凝土框架（ 型钢混凝土柱） -核心筒结构体系，200m 左右的超高层塔楼在地震作用及 风荷载作用比较小、场地条件较好的情况下采用该体系最经济、刚度也最适宜。 ［关键词］ 超限高层； 钢筋混凝土框架（ 型钢混凝土柱） -核心筒结构； 高宽比； 方案比选 中图分类号： TU398. 7 文献标识码： A 文章编号： 1002-848X（ 2015） 17-0010-04
1. 95
模型 3 模型 4
1 /1 091 1 /922 22 490 22 032 5. 46 4. 62 3. 76 2. 94
1 /1 120 1 /974 22 633 22 808 5. 21 4. 54 3. 58 3. 04
2. 15 2. 37
3 结构类型 在确定了建筑布置及要求后，应对结构类型进
王 明，等． 某 7 度区超限高层结构方案比选
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最大，因此，将塔楼 C 作为典型高宽比结构案例进 行分析，塔楼 C 方案平面布置图见图 2。现采用钢 筋混凝土框架-核心筒结构，外框架型钢混凝土柱截 面由 1m × 1. 8m 逐渐收至 1m × 1m，核心筒剪力墙 （ 未设置钢板） 宽度由 1m 逐渐收至 0. 4m，混凝土强 度等级自下而上采用 C60 ～ C40。在上述条件下，不 断加大核心筒的宽度，对单体结构整体主要受力情 况及经济性进行了对比，结果表明： 本项目超高层公 寓的核心筒宽度宜取 11. 3 ～ 12. 3m。
弹性
抗剪不屈服， 抗剪不屈服， 部分抗弯屈服 部分抗弯屈服
图 2 塔楼 C 方案平面布置图
图 3 为核心筒在不同高宽比假定下，塔楼 C 单 体结构含钢量对比折线图，图中含钢量 = 结构主体 钢筋总质量（ kg） / 结构面积（ m2 ） ，未包含型钢总量， 为进行比较的统一性，型钢混凝土柱中型钢设置基 本一致。其中模型 1 高宽比为 199 /9. 3 = 21. 40； 模 型 2 高宽比为 199 /11. 3 = 17. 60； 模型 3 高宽比为 199 /12. 3 = 16. 18； 模 型 4 高 宽 比 为 199 /13． 3 = 14. 96。由图 3 可知，模型 1，2，3，4 的含钢量分别为 103. 32，89. 46，89. 34，92. 07 kg / m2 。随着核心筒高 宽比不断减小，单体结构的含钢量不断减小，但三者 相比，含钢量变化已经不大，此时不应再增大核心筒 宽度，否则会降低可用面积利用率。
行比选。由于塔楼 A 最高，现再以塔楼 A 为例，分 别对钢筋混凝土框架（ 型钢混凝土柱） -核心筒结构 （ 简称方案 1） 、钢管混凝土框架（ 钢管混凝土柱 + 钢 筋混凝 土 梁） -钢 筋 混 凝 土 核 心 筒 结 构 （ 简 称 方 案 2） 、钢管混凝土框架（ 钢管混凝土柱 + 型钢梁） -钢 筋混凝土核心筒结构（ 简称方案 3） 和钢框架-钢筋 混凝土核心筒结构（ 简称方案 4） 进行计算分析。并 从以下几个方面对上述各方案进行了对比。 3. 1 经济指标评价
土建成本是影响总造价 的 直 接 重 要 组 成 部 分 。 据 统 计 ，对 超 高 层 建 筑 而 言 ，土 建 成 本 占 总 成 本的比例份额高达 30% ～ 35% 。假定混凝土综合 单价为 500 元 / m3 ，钢筋综合单价为 5 500 元 / t，钢 材材料费用为 6 800 元 / t，综合单价为材料单价 × 1. 05（ 损耗） × 1. 2 （ 安 装） ，未 包 含 后 期 防 火 及 防 腐成本。由 于 方 案 1 钢 筋 含 钢 量 最 大，方 案 4 最 小； 混凝土 折 算 厚 度 相 当，型 钢 部 分 差 别 较 大，方 案 1 型钢最少。因此，经综合评价，各方案结构成 本对比折线图见图 4，由图 4 可知，方案 1 ～ 4 的成 本分别 为 7. 65，8. 03，10. 33，11. 58 千 万 元，可 见 方案 1 的土建成本最低。 3. 2 刚度评价
图 6 为方案阶段粗略计算的核心筒下局部加厚 的筏板基础示意图。筏板基础混凝土强度等级为 C45，暂定修正后的承载力特征值为 900kPa。
方案 1 由于自重增加，总质量约为 15. 02 万 t， 与方 案 4 的 总 质 量 10. 72 万 t 相 比，最 大 相 差 28. 6% ，见图 7。但各方案对基础成本的影响很小， 各方案基础成本折线图见图 8。由图 8 可知，方案 1 的基础成本约为 791 万元，方案 3 成本最低，约为 758 万元，最大相差约为 4. 6% 。 3. 4 施工工艺评价
表 2 为不同高宽比核心筒主要参数对比。由表 2 可以看出，随着核心筒宽度的加大，结构整体抗侧 刚度增大，结构整体趋于稳定，但吸收的地震能量增 长有限，如 X 向底部剪力由 22 633kN 增大至22 837 kN，增加量不足 1% 。
不同高宽比核心筒主要参数对照
表2
不同高宽比模型
最大层间 X 向
位移角
Y向
底部剪力 X 向
/ kN
Y向
T1
基本周期 /s
T2
T3
X向 刚重比
Y向
模型 1 1 /936 1 /839 22 837 23 527 6. 15 5. 55 5. 13 2. 14
1. 78
模型 2 1 /1 063 1 /881 22 323 21 287
5. 70 4. 70 3. 95 2. 84
1 工程概况 本工 程 位 于 成 都 市 金 牛 区，总 建 筑 面 积 达
30. 45 万m2 ，由商业综合体、办公楼及公寓组成。其 中塔楼 A 为办公楼，建筑高度为 210m； 塔楼 B，C 为 Loft 公寓，建筑高度为 199m，三栋塔楼均采用框架核心筒结构，本项目超高层三维示意图见图 1。地 下设 3 层地下室，地下 1 层的主要功能为商业，其余 为地下车库和设备用房。
经计算，前三种方案周期适宜，方案 4 周期偏 长。并且长周期结构 （ ＞ 6s） 超出高规［1］剪重比调 整范围，具体调整办法有较大争议。图 5 为各方案 刚重比对比折线图。由图 5 知，方案 1 的刚重比最 大，X 向为 2. 03，Y 向为 3. 4，其产生的重力二阶效 应最小。
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建筑结构
2015 年
结构设计使用年限为 50 年，抗震设防烈度为 7 度（ 0. 1g） ，设计地震分组为第三组，场地类别为Ⅱ 类，小震水平地震影响系数最大值为 0. 08 （ 以安评 报告为准） ，大震为 0. 5； 基本风压为 0. 2kN / m2 （ 10 年一遇） 、0. 3kN / m2 （ 50 年一遇） 。