超高層結構設計環(huán)節(jié)（PPT86頁）

1、陳彬磊2013年11月02日 廣西北海超高層結構設計環(huán)節(jié) 城市關鍵點 單/雙塔 高度超200米 辦公/酒店 地下34層 工期緊張 預計建筑常規(guī)建筑特點標準層面積約2000平米（一個防火分區(qū)）或更大每間隔1517層設建筑避難層（結構在部分層設為鋼臂層）中間為交通核，周邊為結構柱建筑師的功夫：建筑表皮、頭頂/腳底層高和凈高 預計建筑一、結構體系 二、構件設計三、鋼結構加工涂裝四、造價工期五、超限報審 結構師關注環(huán)節(jié)？一、結構體系 關注環(huán)節(jié)？一、結構體系 體系構件邊緣化 構件高強材料邊緣化 發(fā)揮豎向構件集束效應 發(fā)揮邊框架的抗傾覆效力 發(fā)揮邊框架立面剛度一、結構體系 體系構件邊緣化核心筒周邊、核心大

2、墻 構件高強材料邊緣化鋼管/鋼管混凝土 發(fā)揮豎向構件集束效應成束筒 發(fā)揮邊框架的抗傾覆效力剛臂層、環(huán)桁架 發(fā)揮邊框架立面剛度巨型斜撐青島萬邦中心青島萬邦中心1#樓結構-標準層 青島萬邦中心周邊組合柱鋼構件支撐混凝土核心筒伸臂桁架&支撐層支撐層豎向體系由周邊柱支撐的組合樓板抗側力體系雙重體系核心筒&伸臂桁架周邊鋼支撐美國赫斯特總部42層紐約桁架鋼外框+核心筒美國赫斯特總部182米上海環(huán)球金融中心豎直的立放的桁架抗水平的風力和地震作用一、結構體系 減輕結構重量，特別是樓板 筒、邊框架間的剛度匹配，降低筒剛度，適當提高邊框剛度橫向風振動的舒適度（住宅類） 風洞試驗、阻尼器一、結構體系關注環(huán)節(jié)？結構可

3、選體系1.2.1 現澆鋼管混凝土框架剪力墻核心筒混合結構1.2.2 現澆鋼筋混凝土框架剪力墻結構一、結構體系1.2.3 鋼框架支撐結構體系描述1.2.1 現澆鋼管混凝土框架剪力墻核心筒混合結構結構構件 鋼管混凝土柱 鋼梁（工廠焊接H型鋼） 核心筒（內設小尺寸H型鋼框架以滿足埋件定位，消除鋼結構與現澆 混凝土結構的施工誤差） 壓型鋼板組合樓板（不涂防火涂料）/ 鋼筋桁架模板一、結構體系混合結構施工結構特點：造價適中構件輕基礎負擔小有效面積損失小施工迅速快捷立體交叉的作業(yè)面工期短一、結構體系現澆鋼管混凝土框架剪力墻核心筒混合結構體系的設計、施工難點： 超長現澆鋼筋混凝土結構的設計要求和施工控制 鋼

4、管混凝土結構施工澆筑技術 泵送頂升澆注法 立式高位拋落自密實混凝土配合局部振搗法 通常要控制塌落度230250、擴展度550650（結合試配） 鋼結構與混凝土結構施工精度差異的協調措施 鋼管柱與混凝土梁的交接（地下結構） 鋼管柱與工字鋼梁的連接（地上結構） 鋼臂層與剪力墻、外柱的連接（頂層） 鋼邊梁與幕墻埋件的協調統一協調、一并解決一、結構體系單元式幕墻的結構預留條件 關注環(huán)節(jié)？一、結構體系1.3.1 結構加強層（鋼臂層）的設定1.3.1c 再選高度1/2或下1/3處；1.3.1a 首選高度的上1/3處；1.3.1b 次選屋頂層；目的：發(fā)揮邊框架的抗側能力，提高整體抗側剛度數量夠了即可！一、結

5、構體系1.3.2 結構加強層的重點1.3.2c 高度1/2或下1/3處核算合攏時機；1.3.2a 至少一層全高設置；1.3.2b 注意構造連接；一、結構體系1.3.3 結構加強層的實施計算分析需要的條件下，可能設置結構加強層在建筑避難層（ 每間隔1517層 ）屋頂層（高位水箱及設備層）1.4 建筑層高一、結構體系建筑凈高是業(yè)主關注的、影響使用的主要問題影響層高的主要因素結構梁所占高度（中筒距外柱跨度）；空調干管的高度及位置； 消防噴淋管的高度； 電纜橋架的高度及位置； 照明燈具的選型； 吊頂構造厚度。 建筑做法及架空地板高度；結構樓板厚度；一、結構體系二、構件設計關注環(huán)節(jié)？2.1 結構板二、構

6、件設計2.2 結構梁2.3 結構柱2.4 結構墻2.1 結構板二、構件設計2.1 結構板的選擇2.1.1c 壓型鋼板組合樓板（開口、閉口、縮口）；2.1.1a 懸掛式現澆樓板；2.1.1b 鋼筋桁架式樓板；2.1.1 現澆鋼管混凝土框架剪力墻核心筒混合結構的樓板二、構件設計懸掛式現澆樓板山東省特有施工工藝（配合鋼結構）2.1.1 現澆鋼管混凝土框架剪力墻核心筒混合結構的樓板二、構件設計2.1.1a 懸掛式現澆樓板；2.1.1 現澆鋼管混凝土框架剪力墻核心筒混合結構的樓板二、構件設計2.1.1b 鋼筋桁架式樓板；工廠加工自承模板鋼筋配套待補上鐵鋼筋桁架式樓板；二、構件設計二、構件設計2.1.1c

7、 壓型鋼板組合樓板2.1.1 現澆鋼管混凝土框架剪力墻核心筒混合結構的樓板所有壓型鋼板應提出鍍鋅量的要求：雙面鍍鋅不小于275g/m2（或按照環(huán)境要求）施工階段通常不應設置臨時支撐板下不設防火涂料即可滿足本工程樓板的防火要求板邊的收頭：板邊/洞口邊/與剪力墻銜接 壓型鋼板應關注的細節(jié)二、構件設計2.1.1c 壓型鋼板組合樓板2.1.1 現澆鋼管混凝土框架剪力墻核心筒混合結構的樓板壓型鋼板組合樓板的三種形式 開口型 閉口型 縮口型 開口型壓型鋼板現澆樓板二、構件設計閉口型壓型鋼板現澆樓板二、構件設計110 (min)閉口型壓型鋼板現澆樓板的懸掛系統二、構件設計2.2 結構梁二、構件設計考慮到建筑

8、、結構、設備專業(yè)的相互要求2.2.1 現澆鋼管混凝土框架剪力墻核心筒混合結構的梁二、構件設計2.2 結構梁2.2.1c 實腹式組合鋼梁2.2.1a 鋼桁架梁2.2.1b 實腹式開孔組合鋼梁2.2.1d 實腹式變截面組合鋼梁LG大廈的標準層LG大廈的標準層樓層水平構件（推薦） 變截面組合鋼梁二、構件設計2.2.1d 變截面組合鋼梁2.2.1d 變截面組合鋼梁標準層采用變截面梁 內側臨核心筒走廊穿風道處梁高降至最小，將風道緊貼梁底； 跨中梁腹板預留洞口供管網穿越，以提高整層吊頂高度； 外側至柱邊梁加腋使得與邊梁等高，合并柱上橫隔板，加強結 構整體剛度 鋼梁：兩端鉸結，全梁按照組合鋼梁設計，發(fā)揮鋼梁

9、與現澆樓板的組合作用二、構件設計2.2.1d 變截面組合鋼梁二、構件設計組合鋼梁2.3 結構柱二、構件設計2.3 結構柱2.3.1 方鋼管混凝土柱2.3.2 圓鋼管混凝土柱2.3.3 現澆鋼筋混凝土柱2.3.4 鋼骨混凝土柱2.3.5 鋼柱二、構件設計2.3 結構柱2.3.4 鋼骨混凝土柱鋼骨混凝土柱與外斜撐的交接二、構件設計層層層二、構件設計層層層二、構件設計層層層二、構件設計2.4 結構墻二、構件設計2.4 結構墻2.4.1 現澆鋼筋混凝土墻2.4.2 現澆鋼骨混凝土墻2.4.3 鋼板剪力墻2.4.4 鋼支撐二、構件設計三、鋼結構加工涂裝 關注環(huán)節(jié)？3.1. 鋼結構加工三、鋼結構加工涂裝

10、箱型截面的加工技術熔嘴電渣焊三、鋼結構加工涂裝 箱型截面的加工技術熔嘴電渣焊三、鋼結構加工涂裝設計師易忽略的細節(jié)：板厚度不應小于16為厚板立焊平行對稱焊接對于關鍵重要部位，要進行焊后熱處理，以細化晶粒，提高沖擊韌性 圓型截面的輥彎技術徑厚比三、鋼結構加工涂裝 徑厚比通常為1/25，即直徑500時最厚可用20mm 好的加工企業(yè)可以做到1/20 圓型截面的輥彎技術端部有小的平直段三、鋼結構加工涂裝 平直段設計整園時要切掉，作為損耗 鋼板輥彎機的工作原理 截面的相貫切割技術三、鋼結構加工涂裝目前的施工技術：圓管截面的加工通常會在現場進行任意截面的相貫技術均可實施 埋弧自動焊所需尺寸三、鋼結構加工涂裝

11、設計環(huán)節(jié)：留出足夠的焊頭需要的空間對于厚板可能要雙側同時平行施焊3.2. 鋼結構涂裝三、鋼結構加工涂裝 鋼結構禁止涂漆部位： 地腳螺栓和底板 高強度螺栓摩擦接觸面 與混凝土緊貼或埋入部分（鋼骨混凝土） 焊接封閉的空心截面內壁工地焊接部位及兩側100mm、且滿足超聲探傷要求的范圍（此范圍內應進行不影響焊接的防銹處理）3.2.1 鋼結構表面處理三、鋼結構加工涂裝3.2.1c 火焰除銹 FI3.2.1a 噴射或拋射除銹 Sa 3.2.1b 手工和動力工具除銹 St評定表面銹蝕等級、除銹等級時，均以正常視力目測為準3.2.1 鋼結構表面處理三、鋼結構加工涂裝3.2.1a 噴射或拋射除銹 Sa Sa 2

12、.5 （用于有涂裝要求的鋼構件）3.2.1 鋼結構表面處理三、鋼結構加工涂裝3.2.1b 手工和動力工具除銹 StSt2 （可用于埋入混凝土中的鋼骨） 3.2.2 鋼結構涂裝厚度依照ISO 12944鋼結構防護涂料系統的防腐蝕保護(Corrosion Protection of Steel Structures by Protective Paint Systems ) 執(zhí)行，分為：三、鋼結構加工涂裝ISO 12944 大氣腐蝕等級典型環(huán)境C1 、C2低污染的鄉(xiāng)間。有供暖的室內/中性的大氣環(huán)境。C3城市工業(yè)大氣環(huán)境。中等二氧化硫水平。C4沿海岸的工業(yè)環(huán)境。化工廠。C5I具有高濕度、強腐蝕環(huán)境的

13、工業(yè)地區(qū)。C5M海洋環(huán)境、海上平臺及高鹽分的海岸地區(qū)。3.2.2 鋼結構涂裝厚度三、鋼結構加工涂裝大氣腐蝕環(huán)境設計涂層干膜厚度（微米）年限：5年年限：515年年限：15年C1、C280150200C3120160200C4160200240（含鋅底漆）280（不含鋅底漆）C5I、C5M200280320依照ISO 12944鋼結構防護涂料系統的防腐蝕保護(Corrosion Protection of Steel Structures by Protective Paint Systems ) 執(zhí)行，分為：3.2.3 鋼結構涂裝順序3.2.3a 底漆3.2.3b 中間漆3.2.3c 防火涂料（

14、如有）3.2.3d 封閉漆（如有）3.2.3e 面漆（顏色由建筑師定）三、鋼結構加工涂裝3.2.3 鋼結構涂裝順序需防火但不外露的組合： 底漆+中間漆+防火涂料三、鋼結構加工涂裝不需防火的組合： 底漆+中間漆+ 面漆（顏色由建筑師定）需防火且外露的組合： 底漆+中間漆+防火涂料+封閉漆+面漆（顏色由建筑師定）3.2.4c 防火涂料（如有）三、鋼結構加工涂裝防火原理/防火時間/材料厚度/粘結強度GB14907-2002 鋼結構防火涂料圖紙要求實例：三、鋼結構加工涂裝3.2.4c 防火涂料（如有）三、鋼結構加工涂裝重要環(huán)節(jié)當地消防部門的認可材料、厚度3.3. 鋼結構的檢測三、鋼結構加工涂裝3.3.

15、1 鋼結構檢測手段（按照成本低高排列）3.3.1a 目測3.3.1b 超聲波UT（Ultrasonic test ）探傷3.3.1c 磁粉MT（Magnetic particle testing ）探傷3.3.1d 射線RT（radiographic test ）探傷 現場不宜采用、要求清場三、鋼結構加工涂裝四、鋼結構造價 關注環(huán)節(jié)？鋼結構工程造價構成：鋼材費用 （40%）制作安裝費用（30%）防火材料費用（30%）鋼結構造價隨著樓層數量的增加、建筑使用面積增加、施工工期縮短，鋼結構造價會趨于鋼筋混凝土結構，甚至更經濟。關鍵因素用鋼量4.1. 材料要求四、鋼結構造價4.1.1 鋼材4.1.1a

16、 結構用鋼的標識 Q345GJCZ154.1.1b 結構用鋼的標識的等級 Q235/Q3454.1.1c 高層結構用鋼 Q345GJC4.1.1d 厚度方向性能 Z15/Z25/Z35四、鋼結構造價4.1.1 鋼材低合金高強度結構鋼高層結構用鋼四、鋼結構造價4.1.1 鋼材 常規(guī)鋼板幅寬：20002500 2022厚 普通結構鋼 Q235C 每噸 4000元 （基準） 低合金高強度結構鋼 Q345C 每噸 4150元 （+150） 高層結構用鋼 Q345GJC 每噸 4250元 （+250） Z向性能加價 Z15 每噸 200元 Z25 每噸 200元 不同等級的加價 BC 每噸 50元 CD 每噸 100元 四、鋼結構造價4.1.1 鋼材考慮工作溫度，在B、C間選擇構造控制的結構采用Q235*，受力控制的采用Q345*對于不小于35mm厚的鋼板，采用低合金高強度結構鋼對于大于35mm厚的鋼板，采用GJ高層結構用鋼對于厚度大于40mm厚的鋼板，用Z15的要求（厚度方向受拉）對于厚度大于60mm厚的鋼板，用Z25的要求鋼材的選擇四、鋼