钢构房屋造价
超高层结构设计的经济性及相关问题的研究
摘要：我国城镇化的推行使得超高层建筑的数量愈来愈多，并且承担了商用、居住以及展示等多方面功用。在进行超高层建筑结构设计的时候应该充分的考虑超高层结构与高层结构在设计中的区别——基础形式、结构形式、材料选用等设计关键因素的差异，这些均会影响项目造价。本文对超高层建筑结构经济性进行了相关方面的研究与探讨，通过了解超高层建筑与高层建筑在实际设计中的区别，从而能够在实际超高层建筑结构设计中针对于不同的项目特点，进行有针对性的设计。通过分析在超高层建筑结构设计中需要考虑的因素，进一步了解超高层建筑结构设计中应该把握控制重点。通过本文的分析，能够为今后超高层建筑结构设计提供一些参考，进一步促进超高层建筑结构设计能够更加经济合理。
关键词：超高层；建筑结构；经济性
一、工程概况
某超高层建筑项目用地面积10500m2，总建筑面积约120000㎡，其中地下五层，建筑面积40000㎡，地上建筑面积80000㎡。地上建筑由1栋超高层建筑和1层裙楼组成。地下一、二层
关键词：超高层；建筑结构；经济性
一、工程概况
某超高层建筑项目用地面积10500m2，总建筑面积约120000㎡，其中地下五层，建筑面积40000㎡，地上建筑面积80000㎡。地上建筑由1栋超高层建筑和1层裙楼组成。地下一、二层
除北侧设置少量商业用房外，主要为设备及机动车、非机动车库。地下五层至地下三层为机动车库。地面裙房一至四层为商业用房；商务主楼五至四十层为办公用房；十三、二十七层为避难层。商务主楼平面为长方形。核心体位于中部，电梯根据楼层的不同分区收分。该超高层建筑造型现代、简洁，主楼在进深方向上分解为三部分，通过实、虚、实的组合使楼体形体感增强，同时建筑元素以竖向线条为母题，使楼体感觉更为挺拔。裙房延续了主楼的竖向线条，与主楼在建筑语汇上统一。
1.1 上部结构设计
主楼为综合楼，第1层商业为商业部分层高6m，第2 ～ 4层为商业部分层高为6m，第13层避难（设备）层层高5.5m，第6 ～ 20层为办公区层高为4.8m，第27层避难（设备）层层高5.5m，第22 ～ 34层为酒店部分层高为4.8m，第35 ～ 40层层高6m。基础埋置深度大于建筑高度的1/18，为25米，结构体系为钢管混凝土混合框架——钢骨混凝土核心筒结构。考虑到核心筒中电梯井周围设置剪力墙，核心筒宽度约15米，约为总高度的1/15，满足规范要求，裙房以上高宽比约为6.7，结构的几个重要控制值均在规范允许的范围内，平面不规则及超长处设置后浇带分开，使得结构平面简单、规则，刚度和承载力分布均匀；竖向体型均匀，属B 级高度钢筋混凝土超高层结构。
1.1 上部结构设计
主楼为综合楼，第1层商业为商业部分层高6m，第2 ～ 4层为商业部分层高为6m，第13层避难（设备）层层高5.5m，第6 ～ 20层为办公区层高为4.8m，第27层避难（设备）层层高5.5m，第22 ～ 34层为酒店部分层高为4.8m，第35 ～ 40层层高6m。基础埋置深度大于建筑高度的1/18，为25米，结构体系为钢管混凝土混合框架——钢骨混凝土核心筒结构。考虑到核心筒中电梯井周围设置剪力墙，核心筒宽度约15米，约为总高度的1/15，满足规范要求，裙房以上高宽比约为6.7，结构的几个重要控制值均在规范允许的范围内，平面不规则及超长处设置后浇带分开，使得结构平面简单、规则，刚度和承载力分布均匀；竖向体型均匀，属B 级高度钢筋混凝土超高层结构。
1.2 地下室结构设计
地下室体量大，平面刚度又相差悬殊，结合建筑的功能在主楼与裙房间设置施工后浇带，可有效减少结构的不均匀沉降和平面尺寸过大而产生的温度裂缝，又避免了设置沉降（温度）缝后建筑构造复杂使用面积减少等不足。在地下室部分构件混凝土中掺加混凝土微膨胀剂，减少混凝土的收缩和徐变，以减少温度应力及结构裂缝的产生。地下室抗渗强度等级P10，防水等级为二级。超高层建筑结构经济性探讨
1.3地基基础设计
塔楼拟定采用桩筏基础，其余采用柱下、剪力墙下桩基独立承台，电梯井下局部厚筏承台的结构体系。使上部荷载与桩基形成自平衡体系，在满足竖向承载力的同时也能较好地控制变形。各承台之间用连系暗梁连接，地下室底板采用刚性防水板，在地下停车位较大的空间处增加梁，减小板的挠度。所有连梁的刚度和板的厚度通过局部承载和地下水浮力计算确定。
1.4结构分析
结构分析程序：整体计算采用中国建筑科学研究院PKPM系列软件（2008年5月版），对于超高层建筑结构同时用中国建筑科学研究院PMSAP进行复核以及美国结构分析软件EATABS
地下室体量大，平面刚度又相差悬殊，结合建筑的功能在主楼与裙房间设置施工后浇带，可有效减少结构的不均匀沉降和平面尺寸过大而产生的温度裂缝，又避免了设置沉降（温度）缝后建筑构造复杂使用面积减少等不足。在地下室部分构件混凝土中掺加混凝土微膨胀剂，减少混凝土的收缩和徐变，以减少温度应力及结构裂缝的产生。地下室抗渗强度等级P10，防水等级为二级。超高层建筑结构经济性探讨
1.3地基基础设计
塔楼拟定采用桩筏基础，其余采用柱下、剪力墙下桩基独立承台，电梯井下局部厚筏承台的结构体系。使上部荷载与桩基形成自平衡体系，在满足竖向承载力的同时也能较好地控制变形。各承台之间用连系暗梁连接，地下室底板采用刚性防水板，在地下停车位较大的空间处增加梁，减小板的挠度。所有连梁的刚度和板的厚度通过局部承载和地下水浮力计算确定。
1.4结构分析
结构分析程序：整体计算采用中国建筑科学研究院PKPM系列软件（2008年5月版），对于超高层建筑结构同时用中国建筑科学研究院PMSAP进行复核以及美国结构分析软件EATABS
同步复核，钢结构节点设计采用同济大学MTS建筑钢结构设计系统。
1.5主要结构材料
核心筒填充墙砌体采用新型轻质墙体材料，其强度不低于Mu5.0，砌筑砂浆不低于M10.0；走道隔墙采用轻钢龙骨隔墙，混凝土强度等级竖向构件C60 ～ C30，楼板C40 ～ C30，钢筋采用HRB400（Ⅲ级），钢材采用Q345B、C与Q235B。
二、超高层建筑结构选型模型构建
超高层建筑结构选型可以分为两部分，即上部结构的选型和基础结构的选型，依据建筑物功能、国家设计规范、工程地质条件、施工技术、工期和环境方面的要求，构建超高层建筑结构选型模型，体现出超高层建筑结构选型科学性、先进性、经济性。
2.1结构优选模型的构建理论性能的确定
结构设计基本规定，超高层建筑必须有理论作为支撑，确保建筑结构的适用性、安全性、耐久性。此项由结构设计的专家进行评判，确定各项指标的合理性。
（1）刚度合适性：包括设防烈度与设防风压、总侧移限值、层间位移角限值、舒适度要求、设备运行要求等限值。根据相关技术规范、规程，由结构设计师进行评判，确定各项指标的合理性。
1.5主要结构材料
核心筒填充墙砌体采用新型轻质墙体材料，其强度不低于Mu5.0，砌筑砂浆不低于M10.0；走道隔墙采用轻钢龙骨隔墙，混凝土强度等级竖向构件C60 ～ C30，楼板C40 ～ C30，钢筋采用HRB400（Ⅲ级），钢材采用Q345B、C与Q235B。
二、超高层建筑结构选型模型构建
超高层建筑结构选型可以分为两部分，即上部结构的选型和基础结构的选型，依据建筑物功能、国家设计规范、工程地质条件、施工技术、工期和环境方面的要求，构建超高层建筑结构选型模型，体现出超高层建筑结构选型科学性、先进性、经济性。
2.1结构优选模型的构建理论性能的确定
结构设计基本规定，超高层建筑必须有理论作为支撑，确保建筑结构的适用性、安全性、耐久性。此项由结构设计的专家进行评判，确定各项指标的合理性。
（1）刚度合适性：包括设防烈度与设防风压、总侧移限值、层间位移角限值、舒适度要求、设备运行要求等限值。根据相关技术规范、规程，由结构设计师进行评判，确定各项指标的合理性。
（2）高度合理性：结构高度限值、结构平均层高限值，根据高层规范、规程，由结构设计师进行评判，确定各项指标的合理性。
（3）空间整体性：长宽比、平面规则性、高宽比，根据高层规范、规程，由结构设计师进行评判，确定各项指标的合理性。
（4）布局合理性：竖向布局合理、平面布局合理，根据计算结果、各种限值指标，最终由结构设计师进行分析判断。
（5）抗震与风振反应：能耗减震性能要求、抗震损伤性能要求、振动反应控制要求、风振反应控制要求、场地类别、远近震类别、结构自振周期，根据高层规范、规程，由结构设计师进行评判，确定各项指标的合理性。
2.2 经济性能
为了能够实现投资的高回报，需要通过对超高层建筑结构起关键作用的因素进行评判。此项施工管理的角度进行评判，确定其合理性。
（1）结构用钢量：超高层结构平均最优用钢量是处于70 ～ 150kg/m2 之间，根据各方案，确定其合理性。
（2）预估工程造价：根据各方案的估价，确定其合理性。
（3）空间整体性：长宽比、平面规则性、高宽比，根据高层规范、规程，由结构设计师进行评判，确定各项指标的合理性。
（4）布局合理性：竖向布局合理、平面布局合理，根据计算结果、各种限值指标，最终由结构设计师进行分析判断。
（5）抗震与风振反应：能耗减震性能要求、抗震损伤性能要求、振动反应控制要求、风振反应控制要求、场地类别、远近震类别、结构自振周期，根据高层规范、规程，由结构设计师进行评判，确定各项指标的合理性。
2.2 经济性能
为了能够实现投资的高回报，需要通过对超高层建筑结构起关键作用的因素进行评判。此项施工管理的角度进行评判，确定其合理性。
（1）结构用钢量：超高层结构平均最优用钢量是处于70 ～ 150kg/m2 之间，根据各方案，确定其合理性。
（2）预估工程造价：根据各方案的估价，确定其合理性。
（3）建筑面积：根据各方案的估算建筑面积，确定其合理性。
（4）施工工期：根据各方案的预估工期，确定其合理性。
（5）施工技术：专家给出施工技术的难易标准，然后确定其合理性。
三、超高层建筑需要注意事项
3.1提高结构的抗震性能
现在的《抗规》和《高规》中已明确规定，结构体系的选用与抗震设防烈度相关。因为地震作用太大，要满足三个水准的设防性能目标，其结构构件截面尺寸大，用材指标很高，并导致工程造价也相当高。如一座房屋高度为150m的框架-核心筒结构，抗震设防烈度6度区是《高规》中的A级高度房屋且为正常设计；而在抗震设防烈度8度区是《高规》中的B级高度房且高度还超限，需经抗震设防专限审查批准后方可进入正式设计。另外，在结构类型上，前者通常采用钢筋混凝土结构，而后者通常需采用混合结构。
3.2框架-剪力墙（筒体）结构框架部分地震剪力分担比的问题
在规定带加强层结构时，高规要求楼层最大剪力应该不能计算加强层及其上下相邻一层在内，笔者认为也不能统计最底下一层，因为一般最底下一层的剪力突变程度比较大，甚至并不亚于加强层。
（4）施工工期：根据各方案的预估工期，确定其合理性。
（5）施工技术：专家给出施工技术的难易标准，然后确定其合理性。
三、超高层建筑需要注意事项
3.1提高结构的抗震性能
现在的《抗规》和《高规》中已明确规定，结构体系的选用与抗震设防烈度相关。因为地震作用太大，要满足三个水准的设防性能目标，其结构构件截面尺寸大，用材指标很高，并导致工程造价也相当高。如一座房屋高度为150m的框架-核心筒结构，抗震设防烈度6度区是《高规》中的A级高度房屋且为正常设计；而在抗震设防烈度8度区是《高规》中的B级高度房且高度还超限，需经抗震设防专限审查批准后方可进入正式设计。另外，在结构类型上，前者通常采用钢筋混凝土结构，而后者通常需采用混合结构。
3.2框架-剪力墙（筒体）结构框架部分地震剪力分担比的问题
在规定带加强层结构时，高规要求楼层最大剪力应该不能计算加强层及其上下相邻一层在内，笔者认为也不能统计最底下一层，因为一般最底下一层的剪力突变程度比较大，甚至并不亚于加强层。
3.3剪力墙的稳定性
高规强调了墙体最小厚度要满足稳定性的要求，但是笔者认为规定的分析方法不够细致，首先墙体的水平无支长度，没有考虑一边有翼墙，另一边没有的情况；而沿着层高方向只考虑了层高的楼层约束，没考虑核心筒内部墙肢，当两边都是电梯井时，可能几十层都没有楼板约束的情况。并且墙体稳定的简化计算公式无法涵盖这些特殊情况。
四、结束语
建筑业正快速而大量的消耗地球的资源并造成生态环境恶化，资源、环境与发展之间的矛盾是我国建筑行业迫切需要解决的问题，因此，推进建筑结构体系的绿化，是实践绿建筑，解决我国建筑事业面临的问题有效途径。
参考文献
[1]廖耘，容柏生，李盛勇.?剪重比的本质关系推导及其对长周期超高层建筑的影响[J].建筑结构.2013（05）
[2]王亚勇.?关于建筑抗震设计最小地震剪力系数的讨论[J].建筑结构学报.2013（02）
[3]汪大绥，周建龙，姜文伟，王建，江晓峰.?超高层结构地震剪力系数限值研究[J].建筑结构.2012（05）
[4]汪大绥，周建龙，包联进.?超高层建筑结构经济性探讨[J].建筑结构.2012（05）
高规强调了墙体最小厚度要满足稳定性的要求，但是笔者认为规定的分析方法不够细致，首先墙体的水平无支长度，没有考虑一边有翼墙，另一边没有的情况；而沿着层高方向只考虑了层高的楼层约束，没考虑核心筒内部墙肢，当两边都是电梯井时，可能几十层都没有楼板约束的情况。并且墙体稳定的简化计算公式无法涵盖这些特殊情况。
四、结束语
建筑业正快速而大量的消耗地球的资源并造成生态环境恶化，资源、环境与发展之间的矛盾是我国建筑行业迫切需要解决的问题，因此，推进建筑结构体系的绿化，是实践绿建筑，解决我国建筑事业面临的问题有效途径。
参考文献
[1]廖耘，容柏生，李盛勇.?剪重比的本质关系推导及其对长周期超高层建筑的影响[J].建筑结构.2013（05）
[2]王亚勇.?关于建筑抗震设计最小地震剪力系数的讨论[J].建筑结构学报.2013（02）
[3]汪大绥，周建龙，姜文伟，王建，江晓峰.?超高层结构地震剪力系数限值研究[J].建筑结构.2012（05）
[4]汪大绥，周建龙，包联进.?超高层建筑结构经济性探讨[J].建筑结构.2012（05）
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