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超高层结构之六脉神剑

 建筑one 2020-09-24
国内外高层建筑发展很快,层数日益增多,高度日益增高,体形越来越复杂,结构体系越来越新颖。高层建筑的这种发展趋势,对高层建筑结构提出了新的要求和挑战。小编为您整理了近年来常用的超高层结构形式,赶快来看看吧。

剑法
少商剑
全钢筋混凝土结构
优势
结构刚度大,风荷载下侧移较小;节点简单,造价较低,施工作业面及塔式起重机的使用率要求不高。
劣势
  结构自重大,地震作用增加明显;柱截面占比高,减少了建筑使用空间;施工速度较慢,每层施工时间平均比钢结构多约1.5~2d,约为6.5~7.5d。
商阳剑
型钢混凝土柱+钢筋混凝土核心筒+钢筋混凝土楼盖
优势
  延性好,抗震性能优于混凝土结构;柱截面较混凝土减小约30%~40%,造价低于钢管混凝土柱。
劣势
  柱截面较大,占用较多建筑空间;节点较复杂,通长钢筋的施工难度较大,施工质量较难保证;造价略高于钢筋混凝土结构。主体施工周期相对钢管混凝土外框结构长约1~2个月。
中冲剑
型钢混凝土柱+钢筋混凝土核心筒+型钢混凝土楼盖

优势
  结构延性较好,抗震性能较优,施工速度快,平均4d一层。
劣势
  型钢梁对施工技术要求较高,钢骨梁柱一般需要现场预拼装,对施工单位的管理和技术水平提出更高要求,同时需要更大的现场施工堆放区域和对塔吊的使用率要求更高。
关冲剑
矩形钢管混凝土柱+钢筋混凝土核心筒+钢筋混凝土楼盖(或钢梁与压型钢板楼盖)

优势
  结构延性好;柱截面略小,结构刚度较圆钢管柱好;梁柱节点简单易施工,施工速度快。
劣势
  相对圆形钢管竖向承载力较弱,截面较大时,为防止屈曲,需要设置加劲或约束拉杆,矩形钢管管壁较厚;因而工艺较复杂,不易加工,用钢量多,需要防锈、防火处理,造价较高。
少冲剑
圆钢管混凝土柱+钢筋混凝土核心筒+钢筋混凝土楼盖(或钢梁与压型钢板楼盖)

优势
  外框钢管柱由于钢管的套箍作用,极大提高混凝土的抗压强度,同时结构延性好;柱截面较小,增加建筑使用面积;工艺较简单,框架节点成熟可靠,施工速度较快。
劣势
  梁柱节点相对普通混凝土结构复杂,采用高强度混凝土对地的混凝土要求提出了严格要求,同时现场混凝土的浇捣要求更高,需要进行防火防锈处理,造成因涂刷防火涂料,造价高于型钢混凝土。
少泽剑
钢管柱(型钢柱)+钢筋混凝土核心筒+加强层(水平伸臂桁架)

优势
  有效减少结构侧移,增大结构抗侧移刚度。利用避难层或设备层设置水平加强层,有效解决了建筑空间问题,提高净面积、毛面积。设置加强层与未设置加强层的结相比,混凝土用量节约12%左右。
劣势
  结构刚度发生突变,加强层区域抗震等级提高,节点处理较困难,成本上升;伸臂桁架的设置不合理会造成建筑空间使用不合理,伸臂桁架会造成施工周期增加,约增加25d左右/道。
心法

一   结构整体高宽比

  高度和高宽比是超高层结构设计的主要控制因素,也是决定结构刚度的重要指标;基底倾覆力矩与建筑高度的平方成正比;建筑顶部侧移与建筑高度的四次方成正比,并按结构宽度的三次方递减。高宽比直接与超高层结构的受力性态相关:高宽比<2,剪切变形为主;高宽比=2~5,弯剪变形;高宽比>5,弯曲变形为主;高宽比>9,塔楼风荷载下加速度较大, 舒适度需要重点考虑。超高层结构由于占地和功能的限制,基底尺寸通常不会过大,一般为60~80m左右,因此,对于超过400m以上超高层,高宽比一般为7~9。 当高宽比超过8时,通常外筒设计为巨型框架或巨型支撑框架(框筒),有效提高结构的抗侧刚度。当高宽比超过8时,横风向效应显著增强,在8度设防以下地区,风荷载通常成为控制因素。

二  核心筒高宽比
  对于常规的框架-核心筒结构体系,核心筒承担着大部分剪力和倾覆力矩,故核心筒高宽比也是一个重要参考因素。但对于超高层而言,巨型框架、支撑框筒等高度更大的外框结构常常取代了一般框架,因此,核心筒的承担剪力和倾覆力矩比例会降低。 

  核心筒面积比例指核心筒的围合面积占楼面面积的比例,是另一个重要参考指标。围合面积比例<20%,核心筒刚度偏弱,宜加强外框筒,采用支撑框筒或巨型结构;围合面积比例=20%~27%,核心筒刚度适中;围合面积比例>27%,核心筒刚度较大,承担剪力和倾覆力矩比例大幅提高,应尤其注重核心筒的性能化设计及二道防线设计。

三  结构体系选型
  从结构经济性角度出发,350m高度选择框筒-核心筒体系较优; 450m高度选择巨型框架-核心筒体系较优;对于450m以下的超高层建筑:当结构处于基本烈度7(0.1g)、基本风压0.6kN/m2时,结构弹性指标受风荷载控制;当结构处于基本烈度8(0.2g)、基本风压0.40kN/m2时,结构弹性指标受地震作用控制;当结构高度达到450m时,结构刚重比成为主要控制参数,宜设置伸臂桁架以提高结构刚重比;当结构高度超过450m时,弱框筒和筒中筒结构体系采用外框梁截面较高,导致用钢量较大,经济性较差;随着结构高度增加,巨型框架结构体系表现出良好的受力性能和经济性;超高层结构体系选型需要综合考虑结构经济性、施工的可行性及周期、建筑功能与景观的影响,因此,结构体系选型需要在超高层项目方案阶段尽早介入。
                                                         
                                                        

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