超高层混合结构技术比较
超高层建筑结构设计要点及关键应用技术
超高层建筑结构设计要点及关键应用技术发表时间：2019-09-16T17:26:13.277Z 来源：《基层建设》2019年第18期作者：殷斯嘉[导读] 摘要：随着科技的发展，超高层建筑已不断成为一个地区的标志和一个时代的缩影。
南京理工大学土木工程系江苏南京摘要：随着科技的发展，超高层建筑已不断成为一个地区的标志和一个时代的缩影。
本文详细说明了国内外不同规定下超高层建筑的限高及结构形式分类。
并梳理出超高层建筑结构设计的要点。
本文最后，根据超高层结构设计要点与难点，选取了在超高层结构设计中较为成熟的三项关键技术进行简单剖析。
关键词：超高层建筑结构弹塑性动力时程分析复杂节点有限元 BIM前言：中国自上个世纪八十年代开始进行超高层建筑设计，迄今已有近四十年。
短短的四十年间，中国紧跟国际结构设计潮流，已基本掌握当今超高层结构设计关键技术，并已建成的超高层建筑数量位居世界前列。
一、国内外超高层建筑定义：对于超高层建筑的高度限定，国内外并没有统一的规定。
根据中国《民用建筑设计通则》GB503520-2005规定：建筑高度超过100m 时，不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。
在Wikipedia上，则以“skyscraper”（摩天大楼）这一概念来对应超高层建筑，即四十层以上，高度超过150m的建筑。
根据世界超高层建筑学会的新标准，超高层建筑的限定高度增加至300m。
根据我国国情，现阶段建议把高度超过200m或50层以上的高楼，称之为超高层建筑。
二、超高层建筑结构形式选取：Fazlur R.Khan 是超高层建筑领域的一代宗师，提出并完善了筒体，桁架筒体，束筒的概念。
根据汗在1969年提出的理论，超高层建筑的结构体系可分为：（巨型）框架-核心筒结构，（巨型）框筒-核心筒结构，筒中筒结构，成束筒结构，巨型支撑及混合结构。
根据安全经济，方便施工，绿色环保的设计原则，近年来结构工程师提出新的分类方法：按照内部抗侧力结构和外部抗侧力结构分类。
超高层10大技术难点及解决方案
资深工程总必须知道的：超高层10大技术难点及解在40层(大约150米)左右，是超高层建筑设计的敏感高度（建筑物的超长尺度特性将引起建筑设计概念变化），这种变化促使建筑师必须提出有效设计对策，调整设计观念，应用适宜的建筑技术。
超高层楼宇就像一条竖立起来的街道，存在着安全、部交通、环境、能源消耗等多种难以妥善解决的问题，越是向高处发展，安全性、耐久性及适用舒适等问题就愈多，对结构、建筑、机电、暖通、电梯等专业的要求就越高。
难点1——结构系统由于超高层建筑结构的特殊性，建筑部的梁柱将会不可避免的存在，在结构设计中要考虑异形柱的使用，特别是在超高层住宅户型设计中，充分全面考虑梁柱的影响、规避及利用是设计的难点。
对于结构设计来讲，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则，选择相应的结构体系，一般分为六大类：框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系、框-筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系。
除上述结构体系得到广泛应用外，多筒体结构、带加强层的框架-筒体结构、连体结构、巨型结构、悬挑结构、错层结构等也逐渐在工程中采用。
进入90年代后，由于我国钢材产量的增加，钢结构、钢-混凝土混合结构逐渐采用。
如金茂大厦、地大厦都是钢-混凝土混合结构。
此外，型钢混凝土结构和钢管混凝土结构在高层建筑中也正在得到广泛应用。
高层建筑结构采用的混凝土强度等级不断提高，从C30逐步向C60及更高的等级发展。
预应力混凝土结构在高层建筑的梁、板结构中广泛应用。
钢材的强度等级也不断提高。
高层和超高层建筑在结构设计中除采用钢筋混凝土结构（代号RC）外，还采用型钢混凝土结构（代号SRC），钢管混凝土结构（代号CFS）和全钢结构（代号S或SS）。
建筑高度100m，柱网为8.4m，抗震设防烈度为6度，采用框架-剪力墙或框-筒结构体系较为经济合理，这种结构体系的剪力墙或筒体是很好的抗侧力构件，常常承担了大部分的风载和地震荷载产生的水平侧力，总体刚度大，侧移小，且满足玻璃幕墙的外装饰要求。
超高层混合结构设计
1/F
B3/F
南塔楼 South Tower
46.6 m
水平桁架 ,悬臂梁 , 转换桁架
水平桁架, 悬臂梁
水平桁架
54 m
南塔楼施工进展 South Tower Construction Progress
31/F 30/F 29/F 28/F 27/F 26/F 25/F 23/F 22/F
6、楼盖防火计算问题
普通混凝土结构是根据结构构件的耐火时限确定 相应的保护层厚度即可以保证结构的防火问题。 但混合结构中楼盖一般是钢-混凝土组合楼盖，防 火问题就显得尤为重要。
型钢混凝土柱因为有外包混凝土，防火要求与普 通混凝土一致。钢框架柱与钢梁需喷涂防火漆， 保证防火安全。压型钢板组合楼板需根据《建筑 钢结构防火技术规范》补充防火计算，确定是否 需要额外增加防火钢筋；
墙作为主要抗侧力构件，侧向刚度大于纯 钢结构，层间位移小； 2、结构造价介于钢结构和混凝土结构之间； 3、施工速度比混凝土结构快； 4、结构面积小于混凝土结构，经济效益明显 5、基础造价大幅降低；
四、混合结构形式
1、钢框架-核心筒结构； 2、型钢混凝土框架-核心筒结构； 3、巨型钢支撑框架-核心筒结构；
7、斜柱处理问题
由于超高层结构建筑外型多变，导致很多外框架 柱均需做成斜柱。
PKPM中是将斜柱当斜支撑输入，但无法调整其 局部坐标，计算外框架柱承担地震剪力和倾覆弯 矩时也不能统计（2008版本不知道有无此问题）
陆家嘴项目解决方案：
补充一个完全直立的柱的PKPM模型，计算外框 架柱承担的地震剪力和倾覆弯矩，根据此模型结 果计算0.2q0调整系数；
补充按斜柱处理的etabs模型，取出中震不屈服 内力，手算柱配筋与PKPM计算结果对比取大值；
超高层建筑大技术难点及应对措施
超高层建筑10大技术难点及应对措施，含施工、结构、机电、消防等根据理论及经验分析，一般在40层(大约150米)左右，是超高层建筑设计的敏感高度（建筑物的超长尺度特性将引起建筑设计概念变化），这种变化促使建筑师必须提出有效设计对策，调整设计观念，应用适宜的建筑技术。
超高层楼宇就像一条竖立起来的街道，存在着安全、内部交通、环境、能源消耗等多种难以妥善解决的问题，越是向高处发展，安全性、耐久性及适用舒适等问题就愈多，对结构、建筑、机电、暖通、电梯等专业的要求就越高结构系统难点1由于超高层建筑结构的特殊性，建筑内部的梁柱将会不可避免的存在，在结构设计中要考虑异形柱的使用，特别是在超高层住宅户型设计中，充分全面考虑梁柱的影响、规避及利用是设计的难点。
对于结构设计来讲，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则，选择相应的结构体系，一般分为六大类：框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系、框-筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系。
90年代以来，除上述结构体系得到广泛应用外，多筒体结构、带加强层的框架-筒体结构、连体结构、巨型结构、悬挑结构、错层结构等也逐渐在工程中采用。
进入90年代后，由于我国钢材产量的增加，钢结构、钢-混凝土混合结构逐渐采用。
如金茂大厦、地王大厦都是钢-混凝土混合结构。
此外，型钢混凝土结构和钢管混凝土结构在高层建筑中也正在得到广泛应用。
高层建筑结构采用的混凝土强度等级不断提高，从C30逐步向C60及更高的等级发展。
预应力混凝土结构在高层建筑的梁、板结构中广泛应用。
钢材的强度等级也不断提高。
高层和超高层建筑在结构设计中除采用钢筋混凝土结构（代号RC）外，还采用型钢混凝土结构（代号SRC），钢管混凝土结构（代号CFS）和全钢结构（代号S或SS）。
建筑高度100m，柱网为8.4m，抗震设防烈度为6度，采用框架-剪力墙或框-筒结构体系较为经济合理，这种结构体系的剪力墙或筒体是很好的抗侧力构件，常常承担了大部分的风载和地震荷载产生的水平侧力，总体刚度大，侧移小，且满足玻璃幕墙的外装饰要求。
谈超高层混合结构中加强层的施工技术
了各 个 地 方 的 青 睐 。 由 于抗 震 性 能 突 出 ， 超 高层 混 合 结 构 建 筑 更 是 被 广 泛 应 用 。在 超 高层 混 合 结 构 中 ， 因 为钢 结 构 的 加 强层 结构 复 杂 、 安装精度 要求 高、 焊接 质 量 要 求 高 ， 所 以 就 对 现 场 安 装 焊 接 的 施 工 技 术提 出 了很 高 的 要 求 ， 本 文 结 合 工程 实例 ， 对 超 高层 混 合 结 构 中的 钢 结 构加 强 层 的 施 工 技 术 进 行 了分 析 和 探 讨 。
三、 加 强层 施 工 方 案
１ ． 施 工 原 则
（ ｉ ） 腰桁架及其 牛腿 均为 ７ ５ ｍｍ厚 钢板 ， 为防止 牛腿 制作在 定位 焊接 时发生 变形从 而影 响腰桁 架安
装， 所 以 腰桁 架 牛 腿 需 要 在 腰 桁 架 安 装 完 成 以后 再 进 行 焊 接 固定 。 （ ２ ） １ ５ Ｆ钢 柱 、 钢梁安装完成后进行 腰桁架 下部 牛腿的 安装 ， １ ６ Ｆ钢 柱 安 装 完 成 后 进 行 腰 桁 架 上 部 牛 腿 的安 装 ， 上 下 部 牛 腿 安 装 完 成 后 进 行 腰 桁 架 的安 装 。腰 桁 架 及 其 牛腿 均 用塔 吊进 行 安装 。 （ ３ ） 腰桁架精确就位后 ， 开 始 腰 桁 架 牛 腿 与钢 柱 间 焊 口 的 焊 接 ， 腰 桁 架 与其 牛 腿 之 间 的 焊 缝 待 主 体 施
桁架与钢柱 牛腿焊 接 ， 单 坡 口熔 透焊 ， 焊缝等级 为一级 ， 腰桁架连接节点 图如下 ：
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３—０ ６—２ ８
作者简介 ： 吴微 （ １ ９ ８ ０ 一） ， 女， 辽 宁 省人 ， 天 津 市 建 筑 工 程 职 工 大 学讲 师 ， 硕 士研 究 生 在 读 ， 主要 从 事 土 建 方
混合结构设计与施工浅析
混合结构设计与施工浅析发布时间：2022-09-12T09:46:06.231Z 来源：《建筑设计管理》2022年9期作者：宁博[导读] 随着人们对于建筑物的视觉感受和使用要求越来越高宁博沈阳铝镁设计研究院有限公司辽宁沈阳 110001摘要：随着人们对于建筑物的视觉感受和使用要求越来越高,常规的单纯的混凝土结构、钢结构已无法满足人们的需求。
将两种变形特性完全不同的结构体系连接而成混合结构由此产生。
在受力性能上既有一定的联系,又有本质的区别。
以外部为钢框架、内部为混凝土核心筒组成的混合结构为例,这样的结构形式广泛应用于各种高层，超高层建筑中。
无论是工业建筑还是民用建筑，传统的结构形式都有各自的优势和劣势，在进行建筑设计时，将两者结合起来，既可以提升建筑的艺术性，又可以满足安全和使用要求。
文章着重分析了混合结构设计中的一些关键问题，以便更好地适应于结构的设计特征。
关键词：混合结构；钢管混凝土；型钢混凝土引言传统的结构形式基本上为钢框架结构、混凝土框架结构、框架剪力墙结构、砌体结构等。
经过多年的研究和实践，其在使用性能和安全分析方面，已经完全可以满足大多数常规建筑物的要求。
但是随着时代的不断进步，人们对建筑品质的要求也越来越高。
因此，工程师们将不同的结构形式相结合，或将不同材质的构件有机地结合起来，并吸取两者的长处，实现设计要求。
1混合结构概述1.1 钢-混凝土混合结构钢-混凝土混合结构是指钢构件、钢与混凝土组合构件和钢筋混凝土构件相结合而成的结构类型。
这一结构类型能够有效发挥钢构件、钢与混凝土组合构件和混凝土构件的各自特长。
混合结构的优点混合结构与钢结构相比具有以下优点：结构的整体抗侧刚度显著增大、用钢量小、造价较低、防火性能较好。
目前结构体系大部分都是框架-核心筒结构。
高宽比超限时，可使用伸臂桁架以利用外框柱的轴向刚度，提高框架-核心筒的整体抗倾覆能力。
外框柱通常采用型钢混凝土柱（SRC）和圆钢钢管混凝土柱（CFT）以及矩形钢管混凝土柱（CFRT）。
超高层住宅混合结构设计的关键技术要点
超高层住宅混合结构设计的关键技术要点1 前言超高层建筑方案设计应比普通住宅更要重视其平面、立面和竖向剖面的规则性，优先选择规则的形体、抗侧力构件平面布置规则对称、侧向刚度沿竖向均匀变化、避免侧向刚度和承载力突变，确保结构具有较好的抗震性能。
对于结构设计来讲，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同及拟建场地的抗震设防烈度，依据安全、可靠、经济、合理的设计原则，选择相应的结构体系。
超高层结构可采用的结构体系主要有：剪力墙结构、部分框支—剪力墙结构、框架—剪力墙结构、框架—核心筒结构、筒中筒结构、束筒结构、悬挂结构、巨型框架-核心筒结构、巨型框架-巨型斜撑-核心筒结构等。
从目前深圳超高层住宅项目统计情况可以看出，超高层住宅高度一般低于200m，主要以剪力墙结构体系为主，部分工程采用了部分框支—剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构和框架—筒体结构体系。
混合结构如钢框架-钢筋混凝土核心筒体系、型钢（钢管）混凝土框架-钢筋混凝土核心筒体系等常用于办公类超高层建筑，对其在超高层住宅中的适用性值得研究，本文就采用混合结构的超高层住宅的结构设计中的关键性问题进行总结。
2 竖向受力体系对高层建筑结构体系的选择对结构构件起控制作用，混合结构的竖向受力体系和水平抗侧力体系的选择尤为重要，它不仅关乎整个结构的性能、结构的使用功能更关系到整个建筑造价的高低。
超高层混合结构主要有以下几种：钢框架-支撑体系、钢框架-钢筋混凝土核心筒体系、型钢（钢管）混凝土框架-钢筋混凝土核心筒体系。
钢框架-支撑体系是在钢框架结构的某一跨或几跨间沿结构平面的横向或纵向设置支撑框架的结构体系（如图1所示），支撑斜杆和周边框架梁和框架柱构成结构的第二道抗侧力体系，承担水平荷载作用，框架柱为承担重力荷载的竖向受力体系和承担水平荷载的第一道抗侧力体系。
支撑的类型有两种，分别为中心支撑和偏心支撑，详见图2和图3。
该体系的优点主要有：结构的侧向刚度大，由支撑来抵抗水平荷载，能有效减少结构的水平侧移；支撑多为轴心受压构件，能减少用钢量。
超高层建筑十大技术难点及应对
超高层建筑十大技术难点及应对根据理论及经验分析，一般在40层(大约150m)左右，是超高层建筑设计的敏感高度（建筑物的超长尺度特性将引起建筑设计概念变化），这种变化促使建筑师必须提出有效设计对策，调整设计观念，应用适宜的建筑技术。
超高层楼宇就像一条竖立起来的街道，存在着安全、内部交通、环境、能源消耗等多种难以妥善解决的问题，越是向高处发展，安全性、耐久性及适用舒适等问题就愈多，对结构、建筑、机电、暖通、电梯等专业的要求就越高。
难点一：结构系统超高层建筑结构的特殊性，建筑内部的梁柱将会不可避免的存在，在结构设计中要考虑异形柱的使用，特别是在超高层住宅户型设计中，充分全面考虑梁柱的影响、规避及利用是设计的难点。
对结构设计来讲，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以及经济、合理、安全、可靠的设计原则，选择相应的结构体系，一般分为六大类：框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系、框-筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系。
20世纪90年代以来，除上述结构体系得到广泛应用外，多筒体结构、带加强层的框架-筒体结构、连体结构、巨型结构、悬挑结构、错层结构等也逐渐在工程中采用。
与此同时，由于我国钢材产量的增加，钢结构、钢-混凝土混合结构也逐渐采用，如金茂大厦、地王大厦都是钢-混凝土混合结构。
此外，型钢混凝土结构和钢管混凝土结构在高层建筑中也得到广泛应用。
高层建筑结构采用的混凝土强度等级不断提高，从C30逐步向C60及更高的等级发展。
预应力混凝土结构在高层建筑的梁、板结构中广泛应用，钢材的强度等级也不断提高。
高层和超高层建筑在结构设计中除采用钢筋混凝土结构（代号RC）外，还采用型钢混凝土结构（代号SRC），钢管混凝土结构（代号CFS）和全钢结构（代号S或SS）。
建筑高度100m，柱网为8.4m，抗震设防烈度为6度，采用框架-剪力墙或框-筒结构体系较为经济合理，这种结构体系的剪力墙或筒体是很好的抗侧力构件，常常承担了大部分的风载和地震荷载产生的水平侧力，总体刚度大，侧移小，且满足玻璃幕墙的外装饰要求。
超高层混合结构考虑施工过程的竖向变形差异计算和分析
ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｃ ｏ ｒ ｅ ｗ ａ ｌ １ ｗａ ｓ ５ ５ ｍｍ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ５ １ ｔ ｈ ｆ ｌ ｏ ｏ ｒ 。Ｔ ｈ ｅ ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｒ ｅ ａ ｃ ｈ ｅ ｓ １ ２ ．
２ ．Ｔ ｏ ｎ ￣ ｉ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ（ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ ）Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ９ ２， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
（ １ ．同济大学建筑工程系 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ２ ； ２ ．同济大学建筑设计研究 院（ 集 团） 有限公司 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ２ ）
摘 要 分析 了混合 结 构 体 系超 高层 建 筑在 施 ３ － － 期 间和 使 用 阶段 的 竖 向 变形 问题 。采 用 Ｃ Ｅ Ｂ ． Ｆ Ｉ Ｐ （ １ ９ ９ ０ ） 规 范 中混凝土 收缩／ 徐 变模 型 ， 计 算 了钢 管 混凝 土柱 和钢 筋混 凝 土核 心 筒 间的 竖 向变形 差 异 ， 并 分析 了竖 向变形 差对 关键 构件 内力的 影响 。计 算 中考虑 了筒体 先 于 外框 柱 施 工 、 混凝 土材料 的收 缩徐 变、 施 工过程 找平 调整 等 因素 的影响 。结 果表 明 ， 结构封 顸一 年后 外框 柱和核 心 筒最 大竖 向 变形分别 为
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐａ ｐ ｅ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ｖ ｅ ￣ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｈｉ ｇ ｈ— ｒ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｕ ｉｎ ｒ ｇ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ｗａ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ．Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｃ ｒ ｅ ｅ ｐ ａ ｎ ｄ ｓ ｈ ｒ ｉ ｎ ｋ ａ ｇ ｅ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎｓ ｉ ｎ ＣＥＢ— ＦＩ Ｐ Ｃｏ ｄｅ，ｔ ｈ ｅ ｖ ｅ ｒ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ — ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ＣＦ Ｔ ｃ ｏ ｌ ｕ ｍｎ ａ ｎｄ ｒ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｅ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｃ ｏ ｒ ｅ ｗａ ｌ ｌ ｗａ ｓ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ：ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌｕ ｆ ｅ ｎｃ ｅ ０ ｆ ｄ ｅ ． ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｏ ｆ ｋｅ ｙ ｍｅ ｍｂ ｅ ｒ ｓ ｗａ ｓ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｅ ｄ．Ｔｈ ｅ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ
超高层建筑10大技术难点及应对措施
超高层建筑10大技术难点及应对措施超高层建筑的设计必须考虑到特殊的尺度和高度，这会带来许多挑战。
在40层左右，建筑师必须调整设计观念，采用适宜的建筑技术来应对这些挑战。
超高层建筑类似于竖立起来的街道，需要解决许多问题，如安全、内部交通、环境和能源消耗等。
随着建筑高度的增加，这些问题变得更加复杂，对结构、建筑、机电、暖通和电梯等专业的要求也越来越高。
在超高层建筑的结构设计中，需要考虑到梁柱的影响、规避及利用。
为了满足建筑的使用功能和抗震设防烈度，可以选择不同的结构体系，如框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系、框-筒结构体系、筒中筒结构体系和束筒结构体系。
除了这些传统的结构体系，还可以采用多筒体结构、带加强层的框架-筒体结构、连体结构、巨型结构、悬挑结构和错层结构等。
在90年代以后，钢结构、钢-混凝土混合结构、型钢混凝土结构和钢管混凝土结构等也逐渐得到广泛应用。
预应力混凝土结构在高层建筑的梁、板结构中也广泛应用。
在高层建筑中，除了采用钢筋混凝土结构外，还可以采用型钢混凝土结构、钢管混凝土结构和全钢结构。
对于建筑高度为100米、柱网为8.4米、抗震设防烈度为6度的超高层建筑，采用框架-剪力墙或框-筒结构体系较为经济合理。
这种结构体系的剪力墙或筒体是很好的抗侧力构件，可以承担大部分的风载和地震荷载产生的水平侧力，同时满足玻璃幕墙的外装饰要求。
楼板和屋盖具有很大的平面刚度，可以起到变形协调作用，同时也是竖向钢柱与剪力墙或筒体的平面抗侧力构件。
钢承混凝土楼板和屋盖的设计存在问题。
通常采用轧制的压型钢板加现浇钢筋混凝土，但在计算时往往没有考虑到与钢梁的共同作用。
这样做不仅不安全，还增加了钢梁的用钢量。
采用MST组合梁，可以节约楼层和屋盖钢梁的用钢量20%左右，而且不需要对钢梁进行稳定验算。
超高层建筑的核心筒设计是一个难点。
它需要考虑多方要求，如采光、节能、易于维护、减少公摊、不同业态核心筒上下统一等。
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第８期 ２００７ 年 ８ 月
广东土木与建筑 ＧＵＡＮＧＤＯＮＧ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ ＣＩＶＩＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｎｏ．８ ＡＵＧ ２００７
超高层混合结构与混凝土结构综合经济比较分析
黄用军 尧国皇
（ 中建国际深圳设计顾问有限公司 深圳 ５１８０３３）
摘 要： 超高层建筑采用钢－ 混凝土混合结构与混凝土结构相比具有优越的结构性能， 但存在造价高， 用钢量增 加等问题， 本文不对实际结构工程实例进行比较， 旨在基于相关文献和笔者的工程经验， 给出了超高层建筑采用钢－ 混凝土混合结构与混凝土结构设计方案综合经济效益比较分析的基本原则， 供设计人员在实际结构选型时参考。 关键词： 超高层建筑； 结构体系； 施工周期； 综合效益
构工程的防火保护费用。当然， 混合结构中钢结构工
程的防火保护也可以采用外抹水泥砂浆， 框架柱也
可以选用型钢混凝土柱或钢管混凝土叠合柱（ 不需要
防火保护）， 这样可使得混合结构的造价有所降低。
２．２ 结构占用面积对整体成本的影响
由于高强钢材的使用， 使得混凝土结构构件截面
比混凝土结构要小， 尤其当框架柱采用钢管混凝土柱
以上的研究成果为本文的撰写提供了宝贵的技 术资料， 本文不对实际的结构工程实例进行比较， 旨 在基于相关文献和自身工程经验， 给出了超高层建 筑采用钢－ 混凝土混合结构与混凝土结构设计方案 综合经济效益比较分析的基本原则， 供同行在实际 工程结构方案选型时参考。
２ 混合结构与混凝土结构综合经济比较分析
（ 包括办公面积和地下停车位等） 。另外， 选用高强钢
材， 能进一步减小结构占地面积， 但高强钢材往往价
格较高， 因此也应进行比较分析。
上述原因使得超高层建筑中采用钢－ 混凝土混
合结构的面积比例小于混凝土结构， 但建筑有效使用
面积相对增大， 在销售上能体现其经济效益［３］。通过
表 ２ 的比较［３］ 可见混合结构的有效使用面积率比混
上部结构混凝土用量（ ｍ３）
３０１９９５
１９２３
上部结构造价
２２７６
１８２１
结构造价
４２７１
３７４４
结构造价 ｍ３
３７８
２７５
混合结构中钢结构工程的防火保护也可以基于 性能化的抗火设计方法， 根据构件的实际受力状态 和边界约束条件， 确定其防火保护层厚度， 降低钢结
４
凝土结构要高。 表 ２ 有效使用面积比较［３］
工程名称
上海
南京西路
森茂大厦 某商办大厦
结构面积（ ｍ２）
４４７５
１０４５０
占总面积比例（ ％）
３．９６
７．６７
可增加的相对使用面积率（ ％） ３．７１％
０％
可增加的相对使用面积（ ｍ２）
４１９２
０
值得一提的是， 当超高层混合结构中 的框架梁采用蜂窝 梁， 管道从钢梁中开 孔中穿过时（ 如图 １） ， 可在楼层净高要求相 同的情况下使其层高 更小。我们简单计算 过 一 栋 ６０ 层 超 高 层 混凝土建筑， 如采用 蜂窝梁便可在相同建 筑高度情况下， 增加 ４～５ 层 结 构 面 积 ， 在 销售时可取得可观的 经济效益。
与传统的钢筋混凝土结构体系相比， 采用混合 结构体系必然带来结构用钢量的增加， 土建工程前 期投入必然增大， 然而超高层建筑结构中采用混合 结构与混凝土结构的综合经济效益比较如何， 相关 报道还比较少见， 文献［ ３］ 以工程的上部结构造价、 建 筑 的 有 效 使 用 面 积 、地 基 基 础 的 处 理 费 用 以 及 结 构施工工期等方面对上海地区采用混合结构和混凝 土结构的综合经济效益进行了比较分析， 分析结果
３
２００７ 年 ８ 月 第 ８ 期
黄用军等： 超高层混合结构与混凝土结构综合经济比较分析
ＡＵＧ ２００７ Ｎｏ．８
直观， 可直接把两工程所需投入的实物和资金体现
出来， 也是开发商首先关心的问题。由于采用的结构
体系不同， 结构材料也不同， 使得结构自重也差别较
大， 因此对基础的造价影响也较大。
笔者曾参与一个超高层建筑的结构设计， 地上
参考文献
［ １］ ＪＧＪ ３－ ２００２ 高层建筑混凝土结构技术规程［ Ｓ］ ［ ２］ ＤＧ ＴＪ ０８－ ０１５－ ２００４ 高 层 建 筑 钢－ 混 凝 土 混 合 结 构 设
计规程［ Ｓ］ ［ ３］ 李国强， 张洁． 上海地区高层建筑采用钢结构与混凝土
结构的综合经济比较分析［ Ｊ］ ． 建筑结构学报， ２０００（ ２１） ［ ４］ 陆敏， 许海峰． 超高层钢结构与钢筋混凝土结构综合经
以下通过结构造价、结构占地面积和施工周期对 整体成本的影响等方面， 论述超高层建筑采用混合结 构和混凝土结构的综合经济效益比较， 其前提是机 电 设 备 、电 梯 、装 修 等 非 结 构 性 项 目 不 因 结 构 体 系 变 化而变化， 且采用不同结构材料所产生的结构抗震、 建筑布置的灵活性、施工对周围环境的影响等也暂 不作为本文的比较分析内容。
时， 由于钢管对核心混凝土的约束效果， 使得构件强
度进一步提高， 且有关规程对钢管混凝土柱的轴压比
限值较为宽松。另外， 由于钢－ 混凝土组合构件（ 钢管
混凝土柱、钢管混凝土叠合柱、型钢－ 钢管混凝土柱）
较好的延性， 使得高强混凝土的使用成为可能［６， ７］，
可进一步减小结构占地面积， 增加实际可使用面积
使用， 使得在结构造价方面， 混合结构体系要比混凝
土结构体系要高。 表 １ 工程概况和造价比较［３］
工程名称
上海森茂大厦
南京西路 某商办大厦
结构体系
混合结构体系 混凝土结构
地点（ 建成时间）
上海（ １９９８－ ０４） 上海（ １９９８－ １２）
高度（ 层数）
１９８ｍ（ ４８ 层） １９３．３ｍ（ ４５ 层）
最符合上述原则的施工过程是将各部分的施工 分别进行， 之间相距数层［９］： ①钢筋混凝土核心筒采 用爬模施工， 爬模自支撑于核心筒上， 无需脚手架； ②安装周边钢框架， 充分利用钢结构施工周期短的 特点； ③若采用钢管混凝土柱， 外钢管可一次立好数 层， 然后浇灌钢管内混凝土。
在合理施工组织下， 混合结构体系的施工速度 较快， 与钢结构大致相同甚至更快， 如一些超高层混 合结构实例的平均每层施工周期为 ４ｄ～７ｄ， 比混凝土 结构缩短约 ２ｄ。另外， 混凝土结构施工受天气气候影 响较大， 工期的缩短有利于建筑物及早投入使用， 缩 短贷款建设的还贷时间， 且提早出租增加租金收入， 对整体成本的影响体现在利息和租金的收益上。作 为实例， 我们获得了某混合结构和混凝土结构利息 节约情况［１１］ 。
超高层建筑采用混合结构体系， 由于施工周期 的缩短， 建筑可提前投入使用， 以及有效使用面积的 增大， 必然带来租金的收益， 它与建筑场地、出租面 积率和楼层位置等因素有关。 ２．４ 综合经济分析
超高层建筑采用钢－ 混凝土混合结构， 在建筑 有效使用面积和施工工期方面具有一定的优势， 并 能取得较可观的经济收益， 从而可抵消一部分因采 用钢结构而增加的材料费用， 进而使工程整体成本 明显降低［４，１１］。对于特定的实际工程， 将以上各种有
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" 图 １ 钢梁腹板开洞
２００７ 年 ８ 月 第 ８ 期
广东土木与建筑
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２．３ 结构施工周期对整体成本的影响 由于结构体系以及使用的主体材料不同， 工程
上部结构施工工期会受到较大影响， 同时施工环境 及季节、工程量大小、地质条件等诸多因素也会对施 工工期造成影响。
当采用钢－ 混凝土混合结构体系时， 由于钢与混 凝土弹性模量不同及混凝土的收缩徐变特性， 使得 核芯筒与外围竖向构件存在差异变形而引起较大的 次应力， 在组合结构设计中必须加以考虑。具体处理 方法是通过让混凝土核芯筒先施工至一定高度， 再 开始外围构件施工， 使楼面混凝土浇捣完时筒体与 外围构件有效折算应力△ｓ 增量接近， 从而控制两者 的差异变形在可接受范围内， 降低构件由于差异变 形引起的次应力。对于有伸臂桁架的结构， 需对伸 臂桁架节点作先铰后刚的连接处理， 以释放施工阶 段的相对位移。外围钢柱的制作长度也需根据现场 测量情况作出调整， 以降低徐变、收缩和弹性压缩的 不利影响［８］ 。
１ 前言
众所周知， 在超高层建筑结构设计中采用何种 结构体系是投资方和设计方讨论最多的问题之一， 因为它直接影响到建筑的经济合理性。我国超高层 建筑传统地采用钢筋混凝土结构体系， 近 １０ 多年来 才开始采用钢－ 混凝土混合结构， 该结构体系融合 了钢结构和混凝土结构的优点， 承载力高、延性好、 变形能力强， 从而具有较强的抗风和抗震能力。目 前落成的赛格广场大厦、香港中环东北大楼、长江中 心 大 厦 、上 海 金 茂 大 厦 、深 圳 地 王 大 厦 、台 北 国 际 金 融中心（ １０１ 广场） 、高雄国际广场大厦、北京 ＬＧ 大 厦等， 均采用了混合结构体系， 而且越来越受到结构 工 程 师 的 青 睐 。 《高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 》［ １］ 给出了混合结构体系的定义， 上海市工程建设规范 《高层建筑钢－ 混凝土混合结构设计规程》［２］ 则对《高 规》中混合结构体系的范围作了扩展， 指出： 混合结 构指钢框架（ 或钢支撑框架） 或钢组合框架与钢筋混 凝土筒体（ 或钢筋混凝土剪力墙） 共同工作所构成的 结构体系， 其中钢组合框架包括型钢混凝土柱框架 和钢管混凝土框架。这些规程的颁布进一步促进了 混合结构体系在实际工程中的应用。