青浦万达茂大跨度屋面选型研究

1、青浦万达茂大跨度屋面选型研究一、项目情况简介：上海青浦万达茂项目地块总用地面积约8.88万平方米，其中15-02地块面积为43712平方米，16-02地块为45090平方米。总建筑面积44.75万nf,其中地上建筑面积31.46万nf,地下建筑面积13.29万nf,规划业态含室内步行商业街、娱乐楼、超市、科技乐园、儿童乐园等业态。2个大跨度屋面区业态位于科技乐园业态，位于16-02地块的8»轴86轴与B-3B-12轴之间，屋面跨度约为31.2m,屋面层高21.3m。具体详见下图：二、30m大跨度屋面方案设计选型：(1)结构方案建模结合市场调查分析与设计专业意见，30m跨度结构常见的结

2、构形式：硅结构、预应力硅结构、钢桁架结构、钢网架结构，根据设计的提资及现场实际情况在同等条件下建立了四个模型。设计条件如下：1、大跨度屋面尺寸为31.2m*30.5m,设计考虑为非上人屋面，且不放置设备；2、荷载要求如下：屋面恒荷载为0.5KN/m2;吊挂设备荷载为1KN/m2;屋面活荷载为0.5KN/m2;屋面雪荷载标准值为0.2KN/m2;屋面风荷载标准值为0.55KN/m2;(1)硅结构(2)预应力硅结构(3)钢桁架结构(2)结构方案经济指标对比分析30m跨度屋面方案造价指标比较分析项目分类方案分类单位方案1:硅结构方案2:预应力硅结构方案3：钢桁架结构方案4:钢网架结构桁架屋面（30m

3、）-南昌总造价指标元/m21338.31405.512461265/结构指标结构造价指标元/m2946.861014492.5508.5488.87钢筋含量（硅结构）kg/m242.7644.59硅含量（硅结构）m3/m20.260.26钢含量（钢结构）kg/m241.938.441.43建筑指标建筑造价指标元/m2391.47391.47620620/措施费用措施费用指标元/m200133.5135.5经比较分析得出:1、方案二与方案一相比，硅结构硅含量指标未有明显下降，具体分析原因如下：因钢筋混凝土结构的跨高比非常大，已接近预应力混凝土，故针对于本项目采用预应力混凝土结构更多的是高强钢代低

4、强钢，节约用钢量，对混凝土本身截面尺寸没有优化空间。2、由于硅结构高支模成本过高（约占总造价47%）,选择钢结构形式较为经济，且根据常规经验，硅结构屋面自重约为轻型屋面的3倍，对下部构件结构计算有影响，会影响到部分造价；钢网架含量比钢桁架略低，但由于网架单价略高，所以二者经济性差不多，由于网架对空间影响较大，建议选择桁架结构。（3）钢结构造价影响因素分析市场上桁架结构、网架结构比较常见，但结构受力形式、构件选择比较多，其综合单价也存在一定的差异。三种钢结构综合单价比较分析项目名称单位包含内容桁架结构（血钢）桁架结构（圆钢钢）网架结构人工费元制作、拼装、运输、安装人190018002000主材费

5、元主材、油漆、螺栓球430052005900机械费元加工、运输、拼装150013001000直接费合计元770083008900费率15%115512451335综合单价元8855954510235造价影响因素分析：网架结构主材（圆钢管、螺栓球）总体单价比桁架（H型钢）高1000元左右，另外网架结构每吨防火涂料面积比桁架结构要高1/3，且网架构件零散相对人工费更高；而桁架（H型钢）结构构件加工量比较大，机械费相对较高，总体比网架结构高500左右。措施费硅结构按5%计取（不含高支模），钢结构措施费根据施工方案的选择、现场的场地条件、项目规模大小按515%计取（其中小跨度按12%计取，大跨度按8%

6、计取）（4）钢结构施工方案对比分析青浦网架结构与桁架结构施工方案对比分析项目名称网架结构桁架结构备注安装方法电动葫芦整体群吊分块整体吊装主要设备25吨吊车：10什拉葫芦25吨吊车方案优缺点施工快速、对底部结构有荷载要求对作业囿局度启限制。现场条件场地内空旷，具备拼装条件，底部需承爻定他栽可供场地拼装，底郃帝承爻定向栽措施费用141000（元）139000（元）施工单位报价施工工艺简介：1、网架结构：工厂加工一一现场分段拼接一一现场整体拼接一一井架设置固定一一葫芦吊整体提升一一网架整体安装。具体详见下图：2、桁架结构：工厂分段加工一一现场分段拼接一一大型汽吊、塔吊提升一一桁架整体安装，具体详见下

7、图：(5)后续思考随着结构跨度的增大，硅结构与预应力硅结构是否适用，具极限跨度是多少？钢桁架结构、钢网架结构在更大跨度结构中如何选择?钢结构中建筑面层造价较高，是否存在优化空间？带着这些疑问，我们将进一步研究。三、42m大跨度屋面方案选型设计根据设计专业意见，硅结构的极限跨度为30m,预应力硅结构的极限使用跨度为42m,同等条件下选用预应力硅结构、钢桁架结构、钢网架结构三种结构形式分别建模，设计边界条件同30m跨度。(1)预应力硅结构(2)钢桁架结构(3)钢网架结构42m跨度屋面方案造价指标比较分析项目分类方案分类单位方案1:预应力硅结方案2:锣桁架结构方案3:枢网架结构总造价指标元/m214

8、28.213791397结构指标结构造价指标元/m21036.7611.3627.3钢筋含量（硅结构）kg/m249.31硅含量（硅结构）m3/m20.29钢含量（钢结构）kg/m252.347.6建筑指标建筑造价指标元/m2391.47620620措施费指标元/m20147.7149.7由于硅结构高支模成本过高，选择钢结构型式较为经济，且根据常规经验，硅结构屋面自重约为轻型屋面的3倍，对下部构件结构计算有影响，会影响到部分造价；钢网架含量比钢桁架略低，但由于网架单价略高，所以二者经济性差不多，由于网架对空间影响较大，建议选择桁架结构。四、60-100m跨度下钢桁架与钢网架的经济比选随着跨度的

9、不断增大，钢桁架与钢网架经济指标比较结论是否会改变，在同等边界条件下，设计院在不同跨度下建模（选取60m、80m、100m三个跨度），研究分析钢桁架、钢网架两种结构形式的钢含量变化及100m张悬结构的经济指标。（1）60m跨度下桁架结构与网架结构的模型分析60m夸度结构造价指标比较分析项目分类方案分类方案1:网架屋面（60m）方案2:桁架屋面（60m）网架（60m）-通J案例甘方案设计条件屋面恒荷载0.50kN/m2面活荷载：0.50kN/m2,业管线、设备荷载1.0kN/m2基本风压:0.55kN/m2基本雪压：0.2kN/m2;层高为2131、屋面恒载：0.25KN/m2上空活载:专0.5

10、0KN/m2下弦吊挂荷载0.5KN/m2基本J压：0.40KN/m2映层及机房活载：6.50KN/m2双造价指标元/m2857.17781.6746.1钢含量（钢结构）kg/m259.261.159.8措施费指标元/m263.555.0559.69分析：钢网架钢含量指标略低，由于网架单价高，经济上钢桁架较经济，且网架模型与通用提供的案例钢含量指标相符。(2) 80m跨度下桁架结构与网架结构的模型分析80m夸度结构造价指标比较分析项目分类方案分类方案1:网架屋面(80m)方案2:桁架屋面(80m)桁架屋面(85m)青岛案例方案设计条件屋面恒荷载0.50kN/m2屋面活他载：0.50kN/m2,专

11、业管线、设备荷载1.0kN/m2基本风:0.55kN/m2基本雪压:0.2kN/m2;层高为21.3m1、屋面，叵荷载性屋面板：<0.2<1.2屋面活荷载0.5KN/m2桁架下弦国点悬挂荷载：0.5KN/m2屋面雪福载标准值：0.25KN/m2基本风月0.6KN/m2造价指标元/m21062.11049.8977.32钢含量(钢结构)kg/m273.382.284.41措施费指标元/m278.677.778.19镁镒天窗:分析：随着跨度不断加大，钢网架、钢桁架钢含量指标差距越大,由于网架单价高，经济上两者基本相当，且桁架模型的钢含量指标与青岛项目案例线性关系相符。(3) 100m跨

12、度下桁架结构、网架结构、张弦结构的模型分析(1)100m桁架模型(2)100m网架模型(3)100m张弦结构张弦结构是将上弦刚性受压构件通过撑杆与下弦拉索组合在一起形成自平衡的受力体系，是一种大跨度预应力空间结构体系，具有自重轻、结构稳定性强、拥有自平衡功能。张弦结构受力特点图解分析100m夸度结构造价指标比较分析项目分类方案分类方案1：网架屋面(100m)方案2:桁架屋面(100m)方案3：张弦结构(100m)桁架屋面(115m)-青岛案例方案设计条件屋面恒荷载0.50kN/m2活荷载：0.50kN/m2,、设备荷载1.0kN/m2基压:0.55kN/m2基本雪压0.2kN/m2;层高为21

13、.3n1、屋面恒荷载铝镁H卷面板：4.2天专端法4.2屋面活荷W市.5KN/m2?行架下本蜃节点悬挂荷载：0.5KN/m2屋面雪荷载1标准值：0.25KN/m2基本风压0.6KN/m2造价指标元/m21351.351409.681396.411349.76钢含量(钢结构)kg/m293.2110.5107116.58措施费指标元/m2100.1104.4103.4107.98分析：随着跨度不断增大，钢网架、钢桁架指标差距越来越大，此跨度网架结构指标占优，其中张弦结构指标与桁架结构指标相近，且桁架模型钢含量指标与青岛案例指标线性关系相符。综上所述：当42m跨度100m时，钢网架钢含量指标略低，且

14、随着跨度增大，钢含量指标差越大，由于网架结构单价要略高于桁架，因此在60m时，桁架经济性略占优势，80m时，二者经济性相当，100m时，优选网架结构。五、钢结构屋面板选市场上常见的屋面板形式：金属屋面板、玻璃采光顶、PVC屋面板、轻型屋面板等，特点各异需根据建筑要求进行选择。钢结构常用屋面板形式屋面板名称屋面形式特点金属屋面板表观好，保温防水效果好，使用耐久，造价较经济玻璃采光顶表观好，保温防水较好，使用耐久，造价高PVCi面板表观一般，防水保温效果差，耐久性差，不易清洁，造价较低轻型屋面板(如彩钢夹芯板，阳光板等)表观差，保温差，耐久性差，造价低鉴于万达茂项目商业特点，综合效果，防水节能，使

15、用年限要求,成本经济型，建议优选金属屋面板，以下主要针对金属屋面的成本构成及优化建议进行分析(1)金属屋面板构造简介整个金属屋面系统构造分为:1、底层：金属托板2、中层：防水、保温、防潮层3、面层：屋面金属面板4、其他辅件：金属固定架、密封条、泛水、屋脊构（2）金属屋面造价成本分析及优化建议不同屋面系统造价对比分析-序号层次项目名称铝镁铺合金屋面系统碎屋面系统规格型号单价规格型号单价1面层屋面面板0.9nun铝镁镒合金屋面板235.002厚环氧地坪漆802中层防水层防水透气膜防水42.00L3厚自粘防水卷材防水层2.屋面（40mm厚）刚性碎防86.953保温层lOOmiD厚保温岩板】容重不小于

16、100Kg/m3,双面铝箔95.00平屋面隔热保温层（100mm厚）1404防潮层0.3聚乙烯薄膜防潮层24.002厚SB3防水涂膜隔气层355底层底板0.8dud厚压型钢底板120.0020叫厚1:2水泥砂浆找平层（屋面）22.556其他辅件金属固定架及（密封条，泛水、屋脊构造）100.00L20nMl厚水泥砂浆保护层（屋面）2.聚脂N纳布隔26.977合价616.00391.47经分析，金属屋面单价总体比硅屋面单价高，存在一定的优化空间,金属屋面系统各层所占造价比例如下金属屋面成本构成 底以极 中层板其他辅材 面层板各层造价所占比例项目名称造价（元）所占比例面层!3538%中层16126%

17、底层12019%其他辅件10017%为了节约成本，设计可以从以下几个方面去优化：1、屋面板：根据建筑的要求选择较广，如蜂铝板、铝单板、铝镁镒板、钛合金板等，建议优选铝镁镒板，同时也通过楝条的合理布置灵活调整厚度，降低造价成本；2、底板层：常用为镀锌压型钢板，可调整底板材质及厚度降低成本，如将0.8mm镀锌压型钢板改为0.6mm厚彩色压型钢板，单价下降20元/m2;3、防水保温层：在满足同等节能防水要求的前提下，优选价格低的保温材料，和控制保温层厚度，例如：用50厚+100厚的玻璃棉(24K)代替100厚的岩棉(100K),单价下降约40元/m2。六、大跨度屋面竖向结构经济比较为了更全面研究大跨

18、度屋面结构，下面对下部竖向结构进行经济分析，在同等条件下进行了硅结构、钢管+硅结构、圆管钢柱、箱型钢柱进行建模比选。设计条件如下：屋面为轻质屋面，恒荷载：屋面板材1.2kN/m2+钢结构结构自重约0.4kN/m2,活荷载：不上人屋面0.5kN/m2+吊挂荷载0.6kN/m2。屋面尺寸为30m*30m,屋面标高为21m,柱脚标高为-2m,柱距为10m。(1)硅结构(2)钢管+硅结构£ug-三Lm91三国W4(3)钢管结构党01g26950今26号阳9普J00%00*i"O'lCriQ入30(?600*1少1产1也02自3AL.&疔0品算300600,1TM&g

19、t;M5经测算分析如下:不同竖向结构方案比选项目分类方案分类方案1:硅结构方案2:钢管+硅结构方案3:钢结构（钢管柱）方案4:钢结构（箱型柱）方案设计条件网架屋面为轻质屋向，包徜载：屋面板材1.2kN/m2+钢结构结构自重0.4kN/m2,活荷载：不上人屋间0.5kN/m2+吊挂荷载0.6kN/m2。碎结构柱800*800,梁为300*750,C30昆凝土；层高21m网架屋向为轻质屋面，恒徜载：屋闻板材1.2kN/m2+钢结构结构自重0.4kN/m2,活荷载：不上人屋间0.5kN/m2+吊挂荷载0.6kN/m2。面：？800*12圆管+碎,C30混凝土；箱型钢梁为300*600*10;层高21m网架屋向为轻质屋面，恒徜载：屋闻板材1.2kN/m2+钢结构结构自重0.4kN/m2,活荷载：不上人屋间0.5kN/m2+吊挂荷载0.6kN/m2。面：？950*12圆管，箱型钢梁300*600*10;层高21m网架屋面为轻质屋向，包徜载：屋面板材1.2kN/m2+钢结构结构自重0.4kN/m2,活荷载：不上人屋间0.5kN/m2+吊挂荷载0.6kN/m2。箱型700*700*20,