超高层结构设计环节（PPT86页）

1、陈彬磊2013年11月02日 广西北海超高层结构设计环节 城市关键点 单/双塔 高度超200米 办公/酒店 地下34层 工期紧张 预计建筑常规建筑特点标准层面积约2000平米（一个防火分区）或更大每间隔1517层设建筑避难层（结构在部分层设为钢臂层）中间为交通核，周边为结构柱建筑师的功夫：建筑表皮、头顶/脚底层高和净高 预计建筑一、结构体系 二、构件设计三、钢结构加工涂装四、造价工期五、超限报审 结构师关注环节？一、结构体系 关注环节？一、结构体系 体系构件边缘化 构件高强材料边缘化 发挥竖向构件集束效应 发挥边框架的抗倾覆效力 发挥边框架立面刚度一、结构体系 体系构件边缘化核心筒周边、核心大

2、墙 构件高强材料边缘化钢管/钢管混凝土 发挥竖向构件集束效应成束筒 发挥边框架的抗倾覆效力刚臂层、环桁架 发挥边框架立面刚度巨型斜撑青岛万邦中心青岛万邦中心1#楼结构-标准层 青岛万邦中心周边组合柱钢构件支撑混凝土核心筒伸臂桁架&支撑层支撑层竖向体系由周边柱支撑的组合楼板抗侧力体系双重体系核心筒&伸臂桁架周边钢支撑美国赫斯特总部42层纽约桁架钢外框+核心筒美国赫斯特总部182米上海环球金融中心竖直的立放的桁架抗水平的风力和地震作用一、结构体系 减轻结构重量，特别是楼板 筒、边框架间的刚度匹配，降低筒刚度，适当提高边框刚度横向风振动的舒适度（住宅类） 风洞试验、阻尼器一、结构体系关注环节？结构可

3、选体系1.2.1 现浇钢管混凝土框架剪力墙核心筒混合结构1.2.2 现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构一、结构体系1.2.3 钢框架支撑结构体系描述1.2.1 现浇钢管混凝土框架剪力墙核心筒混合结构结构构件 钢管混凝土柱 钢梁（工厂焊接H型钢） 核心筒（内设小尺寸H型钢框架以满足埋件定位，消除钢结构与现浇 混凝土结构的施工误差） 压型钢板组合楼板（不涂防火涂料）/ 钢筋桁架模板一、结构体系混合结构施工结构特点：造价适中构件轻基础负担小有效面积损失小施工迅速快捷立体交叉的作业面工期短一、结构体系现浇钢管混凝土框架剪力墙核心筒混合结构体系的设计、施工难点： 超长现浇钢筋混凝土结构的设计要求和施工控制 钢

4、管混凝土结构施工浇筑技术 泵送顶升浇注法 立式高位抛落自密实混凝土配合局部振捣法 通常要控制塌落度230250、扩展度550650（结合试配） 钢结构与混凝土结构施工精度差异的协调措施 钢管柱与混凝土梁的交接（地下结构） 钢管柱与工字钢梁的连接（地上结构） 钢臂层与剪力墙、外柱的连接（顶层） 钢边梁与幕墙埋件的协调统一协调、一并解决一、结构体系单元式幕墙的结构预留条件 关注环节？一、结构体系1.3.1 结构加强层（钢臂层）的设定1.3.1c 再选高度1/2或下1/3处；1.3.1a 首选高度的上1/3处；1.3.1b 次选屋顶层；目的：发挥边框架的抗侧能力，提高整体抗侧刚度数量够了即可！一、结

5、构体系1.3.2 结构加强层的重点1.3.2c 高度1/2或下1/3处核算合拢时机；1.3.2a 至少一层全高设置；1.3.2b 注意构造连接；一、结构体系1.3.3 结构加强层的实施计算分析需要的条件下，可能设置结构加强层在建筑避难层（ 每间隔1517层 ）屋顶层（高位水箱及设备层）1.4 建筑层高一、结构体系建筑净高是业主关注的、影响使用的主要问题影响层高的主要因素结构梁所占高度（中筒距外柱跨度）；空调干管的高度及位置； 消防喷淋管的高度； 电缆桥架的高度及位置； 照明灯具的选型； 吊顶构造厚度。 建筑做法及架空地板高度；结构楼板厚度；一、结构体系二、构件设计关注环节？2.1 结构板二、构

6、件设计2.2 结构梁2.3 结构柱2.4 结构墙2.1 结构板二、构件设计2.1 结构板的选择2.1.1c 压型钢板组合楼板（开口、闭口、缩口）；2.1.1a 悬挂式现浇楼板；2.1.1b 钢筋桁架式楼板；2.1.1 现浇钢管混凝土框架剪力墙核心筒混合结构的楼板二、构件设计悬挂式现浇楼板山东省特有施工工艺（配合钢结构）2.1.1 现浇钢管混凝土框架剪力墙核心筒混合结构的楼板二、构件设计2.1.1a 悬挂式现浇楼板；2.1.1 现浇钢管混凝土框架剪力墙核心筒混合结构的楼板二、构件设计2.1.1b 钢筋桁架式楼板；工厂加工自承模板钢筋配套待补上铁钢筋桁架式楼板；二、构件设计二、构件设计2.1.1c

7、 压型钢板组合楼板2.1.1 现浇钢管混凝土框架剪力墙核心筒混合结构的楼板所有压型钢板应提出镀锌量的要求：双面镀锌不小于275g/m2（或按照环境要求）施工阶段通常不应设置临时支撑板下不设防火涂料即可满足本工程楼板的防火要求板边的收头：板边/洞口边/与剪力墙衔接 压型钢板应关注的细节二、构件设计2.1.1c 压型钢板组合楼板2.1.1 现浇钢管混凝土框架剪力墙核心筒混合结构的楼板压型钢板组合楼板的三种形式 开口型 闭口型 缩口型 开口型压型钢板现浇楼板二、构件设计闭口型压型钢板现浇楼板二、构件设计110 (min)闭口型压型钢板现浇楼板的悬挂系统二、构件设计2.2 结构梁二、构件设计考虑到建筑

8、、结构、设备专业的相互要求2.2.1 现浇钢管混凝土框架剪力墙核心筒混合结构的梁二、构件设计2.2 结构梁2.2.1c 实腹式组合钢梁2.2.1a 钢桁架梁2.2.1b 实腹式开孔组合钢梁2.2.1d 实腹式变截面组合钢梁LG大厦的标准层LG大厦的标准层楼层水平构件（推荐） 变截面组合钢梁二、构件设计2.2.1d 变截面组合钢梁2.2.1d 变截面组合钢梁标准层采用变截面梁 内侧临核心筒走廊穿风道处梁高降至最小，将风道紧贴梁底； 跨中梁腹板预留洞口供管网穿越，以提高整层吊顶高度； 外侧至柱边梁加腋使得与边梁等高，合并柱上横隔板，加强结 构整体刚度 钢梁：两端铰结，全梁按照组合钢梁设计，发挥钢梁

9、与现浇楼板的组合作用二、构件设计2.2.1d 变截面组合钢梁二、构件设计组合钢梁2.3 结构柱二、构件设计2.3 结构柱2.3.1 方钢管混凝土柱2.3.2 圆钢管混凝土柱2.3.3 现浇钢筋混凝土柱2.3.4 钢骨混凝土柱2.3.5 钢柱二、构件设计2.3 结构柱2.3.4 钢骨混凝土柱钢骨混凝土柱与外斜撑的交接二、构件设计层层层二、构件设计层层层二、构件设计层层层二、构件设计2.4 结构墙二、构件设计2.4 结构墙2.4.1 现浇钢筋混凝土墙2.4.2 现浇钢骨混凝土墙2.4.3 钢板剪力墙2.4.4 钢支撑二、构件设计三、钢结构加工涂装 关注环节？3.1. 钢结构加工三、钢结构加工涂装

10、箱型截面的加工技术熔嘴电渣焊三、钢结构加工涂装 箱型截面的加工技术熔嘴电渣焊三、钢结构加工涂装设计师易忽略的细节：板厚度不应小于16为厚板立焊平行对称焊接对于关键重要部位，要进行焊后热处理，以细化晶粒，提高冲击韧性 圆型截面的辊弯技术径厚比三、钢结构加工涂装 径厚比通常为1/25，即直径500时最厚可用20mm 好的加工企业可以做到1/20 圆型截面的辊弯技术端部有小的平直段三、钢结构加工涂装 平直段设计整园时要切掉，作为损耗 钢板辊弯机的工作原理 截面的相贯切割技术三、钢结构加工涂装目前的施工技术：圆管截面的加工通常会在现场进行任意截面的相贯技术均可实施 埋弧自动焊所需尺寸三、钢结构加工涂装

11、设计环节：留出足够的焊头需要的空间对于厚板可能要双侧同时平行施焊3.2. 钢结构涂装三、钢结构加工涂装 钢结构禁止涂漆部位： 地脚螺栓和底板 高强度螺栓摩擦接触面 与混凝土紧贴或埋入部分（钢骨混凝土） 焊接封闭的空心截面内壁工地焊接部位及两侧100mm、且满足超声探伤要求的范围（此范围内应进行不影响焊接的防锈处理）3.2.1 钢结构表面处理三、钢结构加工涂装3.2.1c 火焰除锈 FI3.2.1a 喷射或抛射除锈 Sa 3.2.1b 手工和动力工具除锈 St评定表面锈蚀等级、除锈等级时，均以正常视力目测为准3.2.1 钢结构表面处理三、钢结构加工涂装3.2.1a 喷射或抛射除锈 Sa Sa 2

12、.5 （用于有涂装要求的钢构件）3.2.1 钢结构表面处理三、钢结构加工涂装3.2.1b 手工和动力工具除锈 StSt2 （可用于埋入混凝土中的钢骨） 3.2.2 钢结构涂装厚度依照ISO 12944钢结构防护涂料系统的防腐蚀保护(Corrosion Protection of Steel Structures by Protective Paint Systems ) 执行，分为：三、钢结构加工涂装ISO 12944 大气腐蚀等级典型环境C1 、C2低污染的乡间。有供暖的室内/中性的大气环境。C3城市工业大气环境。中等二氧化硫水平。C4沿海岸的工业环境。化工厂。C5I具有高湿度、强腐蚀环境的

13、工业地区。C5M海洋环境、海上平台及高盐分的海岸地区。3.2.2 钢结构涂装厚度三、钢结构加工涂装大气腐蚀环境设计涂层干膜厚度（微米）年限：5年年限：515年年限：15年C1、C280150200C3120160200C4160200240（含锌底漆）280（不含锌底漆）C5I、C5M200280320依照ISO 12944钢结构防护涂料系统的防腐蚀保护(Corrosion Protection of Steel Structures by Protective Paint Systems ) 执行，分为：3.2.3 钢结构涂装顺序3.2.3a 底漆3.2.3b 中间漆3.2.3c 防火涂料（

14、如有）3.2.3d 封闭漆（如有）3.2.3e 面漆（颜色由建筑师定）三、钢结构加工涂装3.2.3 钢结构涂装顺序需防火但不外露的组合： 底漆+中间漆+防火涂料三、钢结构加工涂装不需防火的组合： 底漆+中间漆+ 面漆（颜色由建筑师定）需防火且外露的组合： 底漆+中间漆+防火涂料+封闭漆+面漆（颜色由建筑师定）3.2.4c 防火涂料（如有）三、钢结构加工涂装防火原理/防火时间/材料厚度/粘结强度GB14907-2002 钢结构防火涂料图纸要求实例：三、钢结构加工涂装3.2.4c 防火涂料（如有）三、钢结构加工涂装重要环节当地消防部门的认可材料、厚度3.3. 钢结构的检测三、钢结构加工涂装3.3.

15、1 钢结构检测手段（按照成本低高排列）3.3.1a 目测3.3.1b 超声波UT（Ultrasonic test ）探伤3.3.1c 磁粉MT（Magnetic particle testing ）探伤3.3.1d 射线RT（radiographic test ）探伤 现场不宜采用、要求清场三、钢结构加工涂装四、钢结构造价 关注环节？钢结构工程造价构成：钢材费用 （40%）制作安装费用（30%）防火材料费用（30%）钢结构造价随着楼层数量的增加、建筑使用面积增加、施工工期缩短，钢结构造价会趋于钢筋混凝土结构，甚至更经济。关键因素用钢量4.1. 材料要求四、钢结构造价4.1.1 钢材4.1.1a

16、 结构用钢的标识 Q345GJCZ154.1.1b 结构用钢的标识的等级 Q235/Q3454.1.1c 高层结构用钢 Q345GJC4.1.1d 厚度方向性能 Z15/Z25/Z35四、钢结构造价4.1.1 钢材低合金高强度结构钢高层结构用钢四、钢结构造价4.1.1 钢材 常规钢板幅宽：20002500 2022厚 普通结构钢 Q235C 每吨 4000元 （基准） 低合金高强度结构钢 Q345C 每吨 4150元 （+150） 高层结构用钢 Q345GJC 每吨 4250元 （+250） Z向性能加价 Z15 每吨 200元 Z25 每吨 200元 不同等级的加价 BC 每吨 50元 CD 每吨 100元 四、钢结构造价4.1.1 钢材考虑工作温度，在B、C间选择构造控制的结构采用Q235*，受力控制的采用Q345*对于不小于35mm厚的钢板，采用低合金高强度结构钢对于大于35mm厚的钢板，采用GJ高层结构用钢对于厚度大于40mm厚的钢板，用Z15的要求（厚度方向受拉）对于厚度大于60mm厚的钢板，用Z25的要求钢材的选择四、钢