某超高层建筑结构方案比选

图1标准层平面图47600280028004200×10＝420003000300048000写字楼写字楼写字楼写字楼22350200055028005800330033003650280055020002050200020004200×10＝42000表1A 级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（m ）结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度7度8度9度框架7060554525框架-剪力墙14013012010050剪力墙全部落地15014012010060部分框支130********不应采用筒体框架-核心筒16015013010070筒中筒20018015012080板柱-剪力墙70403530不应采用广东土木与建筑GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING 2009年10月第10期OCT 2009No．101工程概况本工程位于广州市天河区，建筑场地接近方型，地下5层，地上57层，总建筑面积约15万m 2，建筑高度约250m ，属超高层建筑，标准层平面尺寸48m ×47.6m ，高宽比5.2，层高自下而上分别为：4m （-5~-2层），5m （-1层），6.5m （1层），6m （2~3层），5m （4~6层），4.05m （7层以上）。

图1为标准层平面图。

场区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.10g ，设计地震分组为第一组，场地设计特征周期为0.35s ；建筑场地为Ⅱ类。

本工程结构承载力计算时，基本风压按100年重现期风压值0.6kN m 2，结构水平位移计算时，基本风压按50年重现期风压值0.5kN m 2。

地面粗糙度为C 类，体型系数取1.3。

2结构选型每一种抗侧力结构体系均有其适用的高度范围和高宽比限值，详见表1~4，在此范围内结构体系才能充分发挥其特点，实现安全、适用、经济的设计目标，因此本工程首先从建筑物的高度和高宽比入手来选择结构体系。

根据现有工程实例的统计结果，纯钢结构由于造价较高、防火性能较差等原因，其应用受到限制。

某超高层建筑结构方案比选彭水力（广州市设计院广州510620）摘要：通过某超高层建筑结构设计实例，介绍了超高层建筑结构方案选择的一般原则，本文提供的方案比选案例可为类似工程方案选择提供参考。

关键词：超高层建筑；结构方案Structure Plans Comparison of a Super High-rise BuildingPeng Shuili（Guangzhou Design InstituteGuangzhou 510620，China ）Abstract ：In this paper ，the general principles of the structure plan selection of the high-rise building are introduced through a super high-rise building structure practice.It may provide reference to the plan comparison of similar project.Keywords ：super high-rise building ；structure plan41表6单位面积重量结构方案1～6层（kN m 2）标准层（kN m 2）122.815.1222.814.2321.714.9422.414.2515.410.4表8各方案混凝土、钢筋和型钢用量对比钢筋用量（t ）总量（t ）柱梁楼板剪力筒2225470511484958573229338011087395757617344721114849580992264380110873957547--57110444702086结构方案混凝土用量（m 3）总量（m 3）柱梁楼板剪力筒189981933412901120075324029272156191220995924669237013194011290112007513224915615620122099592465775--2348117281141225488型钢用量（t ）总量（t ）柱梁------------1553--1553394--3947484759415078表7结构构件的主要截面结构方案构件截面（mm ）首层框架柱周边框架梁普通框架梁首层剪力筒主要楼板11000×2200400×1200300×65085011021000×1200400×1400300×60065011051000×1000×651000×400×16×25650×250×16×2480010031000×1400400×1200300×65085011041000×1000400×1400300×600650110注）方案3、4框架柱含型钢率分别为6.2％和4％；方案5为箱型柱和工字型梁。

表2B 级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（m ）结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度7度8度170160140120筒体框架-核心筒220210180140筒中筒300280230170剪力墙全部落地180170150130部分框支150140120100框架-剪力墙非抗震设计6度、7度8度876抗震设防烈度表4B 级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比表3A 级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度、7度8度9度框架、板柱-剪力墙5432框架-剪力墙5543剪力墙6654筒中筒、框架-核心筒6654彭水力：某超高层建筑结构方案比选OCT 2009No．102009年10月第10期基于综合考虑，土材料建造；由于混合结构在经济性、防灾、抗风、抗震及防抗连续倒塌等性能上具有一定的优越性，近年在一些超高层建筑中得到了推广应用。

综合以上分析，本工程结构体系可选择筒中筒结构体系或框架-核心筒结构体系，初步确定5个结构方案进行比选，详见表5。

3方案比选采用PKPM 系列的SATWE 三维空间分析软件对表5的各方案进行整体建模分析，结果表明在风荷载和地震作用下，各方案的楼层侧向刚度均可满足规范要求（楼层层间位移角小度还存在优化的空间；另一方面，由于楼层数较多，竖向荷载总值较大，导致竖向构件的结构截面（特别是中、下部楼层）由轴压比控制。

因此，以下对5个方案的比较主要从与建筑功能使用的协调、减轻结构自重和合理使用材料等3个方面着手分析。

表6~8是其中一些主要的分析估算结果。

从表6可见，采用方案5（钢框架-钢筋混凝土筒体）对减轻结构自重方面具有较明显优势，但采用钢框架-钢筋混凝土筒体方案会涉及到防火、防腐等表55个结构方案及结构材料结构材料框架柱框架梁核心筒钢筋混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土型钢混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土型钢型钢钢筋混凝土结构方案1234钢筋混凝土框架-筒体（框-筒）钢筋混凝土筒中筒（筒中筒）型钢混凝土框架-钢筋混凝土筒体（框-筒）型钢混凝土框筒-钢筋混凝土筒体（筒中筒）钢框架钢筋混凝土筒体框筒42表9方案2整体分析结果广东土木与建筑OCT 2009No．102009年10月第10期问题，并且从表8可见该方案的用钢量较大。

从表7可见，采用方案1（钢筋混凝土框架-筒体）需要较大的首层框架柱截面，影响建筑使用面积，且从表8可见该方案的混凝土工程量较大，结构自重也相对较大；采用方案2～4则结构单位面积重量相近，相比之下，方案2（钢筋混凝土筒中筒）既能符合建筑平、立面和使用功能要求，又能在结构材料用量方面具有优势。

综合以上分析，并同时考虑建筑平、立面和使用功能要求，建议首选方案2（钢筋混凝土筒中筒），方案3、4可作为备选方案。

需要指出的是，由于受设计阶段和设计条件的限制，现阶段的5个方案均有进一步优化的空间。

4首选方案（方案2）的整体分析结果本工程的平面尺寸为48m ×47.6m ，结构方案比较及结构整体分析结果（见表9）表明，结构在两个主轴方向的抗侧力刚度非常接近，且高宽比介于5~5.5之间，属于比较规则的结构体型，采用常规的结构体系已能满足有关规范的要求，而不需要采用特别的结构措施（如设置伸臂构件、支撑等）来加强抗侧力刚度及抗扭刚度。

上述方案2（钢筋混凝土筒中筒结构）是一种安全、合理、经济的结构方案。

方案2的1~6层框筒柱截面为1000×1200，若改用型钢柱，截面可减小至1000×1000，可增加有效使用面积约53m 2，但结构造价亦有所增加。

5结束语结构方案应从自身特点（高度、高宽比、规则性等）出发，综合考虑构件截面、材料用量等因素进行比选，从而实现结构安全、经济、适用的目标。

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