深圳平安金融中心結(jié)構(gòu)方案比較分析報告

1、深圳平安金融中心結(jié)構(gòu)方案比較分析報告中建國際（深圳）設(shè)計顧問有限公司2008-12-8目錄一. 建筑結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成二. 結(jié)構(gòu)工作性能三. 結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)缺點四. 結(jié)論o外筒oo柱外外外£外柱etj管混、建筑結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成按建筑結(jié)構(gòu)體系的不同，分為推薦結(jié)構(gòu)方案和結(jié)構(gòu)概念方案。以下分別對兩種不同方案的結(jié)構(gòu)構(gòu)成特點進行分別論述圖1外筒構(gòu)成平面示意圖1、推薦結(jié)構(gòu)方案結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成外筒由四組矩形鋼管V形支撐、八根矩形鋼管混凝土角柱以及四組“”型矩形鋼管混凝土框架共同形成空間外筒結(jié)構(gòu)體系，既承受垂直荷載又提供了強大的抗側(cè)剛度。構(gòu)件尺寸沿樓層變化外外外 HN框梁X400X20X24圖1和圖2分別給出了外筒

2、結(jié)構(gòu)構(gòu)成的平面示意圖和三維示意圖，表1給出了外筒結(jié)構(gòu)角梁卜 TUBE900X48V外夕卜外!形支00X40(a)矩形鋼管混去1.站W(wǎng)凝土框架(b)矩形鋼管V形支撐(c)矩形鋼管混凝土角柱(d)外筒結(jié)構(gòu)體系圖2外筒構(gòu)成三維示意圖表1外筒結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸沿樓層變化層數(shù)矩形鋼管混凝土角柱（H XBXT）矩形鋼管混凝土框架柱（hxbxt）框架裙梁(h1xb1xtwxtf)V形支撐101-1171500x1100x30C50600x600x2591-1001700x1200x30C5081-901800x1400x35C50700x700x3071-802000x1500x40C60H1000x400x20

3、x25（角梁采用900x900x50 的方形鋼管截面）61-702100x1700x40C60800x800x35900x900x40 的方形鋼管截面51-602200x1900x40C6041-502300x2000x40C70鋼呂截面31-402300x2000x45C70900x900x40鋼呂截面 ）21-302400x2000x45C7011-202500x2000x45C801-102500x2000x50C80900x900x50注：HXBXTC* 矩形鋼管混凝土角柱截面長邊邊長X短邊邊長x鋼管壁厚（混凝土強度等級）hxbxt 矩形鋼管混凝土框架柱截面長邊邊長x短邊邊長x鋼管壁厚

4、hlxblxtwxtf H形框架裙梁的截面高度x截面寬度x腹板厚度x翼緣厚度1.2 內(nèi)筒內(nèi)筒由在四角及門洞口設(shè)置型鋼的現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻組成（如圖3）。通過在內(nèi)筒關(guān)鍵受力部位設(shè)置型鋼，改善了內(nèi)筒的工作性能。內(nèi)筒門洞處采用800mm高的連梁，其跨高比在L/3L/5之間，這些跨高比較大的連梁在罕遇地震下呈現(xiàn)彎曲破壞，可改善整體結(jié)構(gòu)的 延性性能。增加內(nèi)筒外側(cè)墻體厚度，減小內(nèi)側(cè)墻體厚度即在獲得較大的結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度又有效減少結(jié)構(gòu)墻體占用的使用空間，且隨著樓層墻厚逐漸減小，盡可能為建筑提供更多的有效使用空間口外墻內(nèi)墻型鋼型鋼圖3內(nèi)筒平面示意圖圖4內(nèi)筒三維示意圖表2內(nèi)筒構(gòu)件尺寸沿樓層變化層數(shù)核心筒外墻核心筒

5、內(nèi)墻厚度(mm)混凝土強度等級厚度(mm)混凝土強度等級101-1171600C80500C8091-1001600C80500C8081-901400C70500C7071-801400C70500C7061-701200C70500C7051-601100C60500C6041-50900C60500C6031-40900C60500C6021-30800C50500C5011-20800C50500C501-10600C50500C501.3矩形鋼管混凝土 K型支撐伸臂桁架在建筑的設(shè)備層設(shè)置三道矩形鋼管混凝土 K型支撐桁架，連接角柱與核心筒，進一步 發(fā)揮角柱與外筒的作用抵抗水平荷載，提供

6、更大的抗側(cè)剛度。K型支撐上下弦支撐與內(nèi)筒連接處在施工階段鉸接，在使用階段剛接。表3給出三道矩形鋼管混凝土 K型支撐的截面尺寸和所在層數(shù)，圖5給出了三道矩形 鋼管混凝土 K型支撐桁架布置三維示意圖。表3三道矩形鋼管混凝土 K型支撐的截面尺寸和所在層數(shù)X所在層數(shù)矩形鋼管混凝土截面(hxbxt)內(nèi)灌混凝土強度第一道54-551500x1100x100C80第二道86-871500x800x100C80第三道116-1171500x600x100C80圖5三道矩形鋼管混凝土 K型支撐桁架布置三維示意圖1.4結(jié)構(gòu)構(gòu)成及特點內(nèi)外筒由現(xiàn)澆混凝土樓板及8根連接角柱與內(nèi)筒的剛接鋼梁及連接外框與內(nèi)筒的兩端 鉸接的

7、樓面鋼梁構(gòu)成的有效空間結(jié)構(gòu)體系，各構(gòu)件共同協(xié)調(diào)工作，承受豎向荷載及水平荷載。其構(gòu)成特點如下：a. 核心筒與角柱相連的鋼梁剛接，外框梁與外框柱剛接；b. 設(shè)置三道“有限剛度”的伸臂桁架；c. 角梁采用矩形截面鋼管梁，增加外筒作用；d. 核心筒門洞采用800mm高弱連梁，改善結(jié)構(gòu)延性。角柱核心筒外框柱彎曲型內(nèi)外筒整體結(jié)構(gòu)體系2、結(jié)構(gòu)概念方案結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成2.1 外筒外筒由四組矩形鋼管 V形支撐、八根巨型型鋼混凝土柱以及矩形鋼管混凝土框架共同形 成空間外筒結(jié)構(gòu)體系組成。巨型型鋼混凝土柱截面：底部 4.5mX3.5m沿高度變化至頂部為2.5mX1.5m。矩形鋼管 混凝土框架與角柱采用兩端鉸接的鋼梁連接，

8、V形支撐與角柱剛接。鋼管混凝土外框架柱的截面為：V形支撐截面尺寸為：矩形截面鋼管圖6外筒構(gòu)成平面示意圖2.2 內(nèi)筒內(nèi)筒由內(nèi)外墻厚為1米的鋼筋混凝土剪力墻組成，門洞處設(shè)置 800mm高的連梁。外墻圖7內(nèi)筒平面示意圖2.3鋼筋混凝土伸臂在建筑的避難層設(shè)置6道鋼筋混凝土剪力墻伸臂加強層，連接巨型鋼筋混凝土角柱與 內(nèi)筒。圖5六道鋼筋混凝土剪力墻布置三維示意圖2.4結(jié)構(gòu)的構(gòu)成及特點內(nèi)外筒由現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板及連接外筒與角柱兩端鉸接的樓面鋼梁連接，并設(shè)置了 六道鋼筋混凝土伸臂組成了概念結(jié)構(gòu)方案的豎向承重及抗側(cè)結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)構(gòu)成特點如下：a. 外框架柱與角柱采用剛接鋼梁連接，角柱與內(nèi)筒采用鉸接鋼梁連接；b.

9、巨型截面型鋼混凝土角柱彎曲型內(nèi)外筒獨立結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)工作性能同上，以下分別對兩種不同方案的結(jié)構(gòu)工作性能進行分別論述1、推薦結(jié)構(gòu)方案1.1結(jié)構(gòu)周期和模態(tài)表1結(jié)構(gòu)周期和模態(tài)ModePeriod(s)UX(%)UY(%)SumUX(%)SumUY(%)RZ(%)SumRZ(%)123456789101112模態(tài)1（Y向平動）（b）模態(tài)2（X向平動）（c）模態(tài)5（扭轉(zhuǎn)平動）圖7結(jié)構(gòu)模態(tài)圖該計算結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)周期表現(xiàn)出規(guī)則的變化，占主要作用的周期振動分量耦合小，振型“純凈”前四個周期均為平動周期，第五周期為扭轉(zhuǎn)周期，周期比為0.57，結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出良好的動力性能。由于建筑的限制，Y向的剛度約為X向的0.7倍

10、1.1層間位移角圖8和圖9給出了結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載和地震作用下，結(jié)構(gòu)層間位移角隨結(jié)構(gòu)高度的變化曲線。高規(guī)的要求層間位移角不宜大于1/500。上圖表明，在風(fēng)荷載和地震作用下結(jié)構(gòu)均滿足層間位 移角的限值要求。結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下側(cè)移較大，故風(fēng)荷載在本工程中起控制作用。結(jié)構(gòu)雙向剛度不等，在水平荷載作用下表現(xiàn)有所不同。結(jié)構(gòu)的X向剛度較大，在風(fēng)荷載作用側(cè)移較小，但是較大的剛度會吸引較大的地震等效荷載，故在地震作用下X向和丫向的層間側(cè)移角的差別沒有風(fēng)荷載作用下大。2、推薦結(jié)構(gòu)方案00.00050.0010.00150.0020.0025圖8風(fēng)荷載作用下的層間位移角曲線00.00050.0010.00150.002

11、0.0025圖9地震作用下的層間位移角曲線2.1結(jié)構(gòu)周期和模態(tài)表2結(jié)構(gòu)周期和模態(tài)ModePeriod(s)UX(%)UY(%)SumUX(%)SumUY(%)RZ(%)SumRZ(%)123456789101112（a）模態(tài)1（Y向平動）（b）模態(tài)2（X向平動）（c）模態(tài)5（扭轉(zhuǎn)平動）圖7結(jié)構(gòu)模態(tài)圖該計算結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)周期表現(xiàn)出規(guī)則的變化， 占主要作用的周期振動分量耦合小， 振型“純凈” 前四個周期均為平動周期，第五周期為扭轉(zhuǎn)周期，周期比為0.57，結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出良好的動力性能。由于建筑的限制，Y向的剛度約為X向的0.7倍。2.2層間位移角圖8和圖9給出了結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載和地震作用下，結(jié)構(gòu)層間位移角隨

12、結(jié)構(gòu)高度的變化曲線。高規(guī)的要求層間位移角不宜大于1/500。上圖表明，在風(fēng)荷載和地震作用下結(jié)構(gòu)均滿足層間位 移角的限值要求。結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下側(cè)移較大，故風(fēng)荷載在本工程中起控制作用。結(jié)構(gòu)雙向剛度不等，在水平荷載作用下表現(xiàn)有所不同。結(jié)構(gòu)的X向剛度較大，在風(fēng)荷載作用側(cè)移較小，但是較大的剛度會吸引較大的地震等效荷載，故在地震作用下X向和丫向的層間側(cè)移角的差別沒有風(fēng)荷載作用下大。圖8風(fēng)荷載作用下的層間位移角曲線圖9 地震作用下的層間位移角曲線3、結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)缺點3.1 兩種結(jié)構(gòu)方案角柱對使用率的影響推薦結(jié)構(gòu)方案角柱截面為 2.5x2.0m 漸變?yōu)?1.7x1.3m ，其沿高度平均截面為 1.85x1.

13、65m ， 結(jié)構(gòu)概念方案角柱截面為 4.5x3.5m 漸變?yōu)?2.5x1.5m ，其沿高度平均截面為 3.5x2.5m ，故可 計算獲得：推薦結(jié)構(gòu)方案單根柱節(jié)省的建筑使用面積為： 3.5x2.5-1.85x1.65=5.6975 平方米。每層節(jié)省的建筑使用面積為： 8x5.6975=45.58 平方米整棟建筑按 110 層計，則全樓節(jié)省的面積為： 110 x45.58=5013.8 平方米 若每平方米的使用面積售價為 3 萬元，則可為業(yè)主增加收入： 5013.8 x3=15041.4 萬元 即 1.5 億元。3.2 兩種結(jié)構(gòu)方案對使用功能的影響 角柱截面的減小，可使建筑從內(nèi)向外看，獲取更好的景

14、觀資源。3.3 兩種結(jié)構(gòu)方案角柱造價分析推薦結(jié)構(gòu)方案角柱按平均截面 1.85x1.65m ，平均鋼板厚度為( 50+30 )/2=40mm ，計算 單層單根角柱用鋼量為： 1.85x2-2x(1.65-0.04x2)x0.04x4.5x7.85=9.66492 噸結(jié)構(gòu)概念方案角柱按平均截面 2.5x1.5m ，型鋼含鋼率按 4%計算，計算單層單根角柱用 鋼量為： 3.5x2.5x4%x4.5x7.85=12.36375 噸推薦結(jié)構(gòu)方案角柱比結(jié)構(gòu)概念方案單層減少鋼板鋼材用量為： 8x(12.36375-9.66492)=21.59064 噸整棟建筑按 110 層計算，則推薦結(jié)構(gòu)方案比概念結(jié)構(gòu)方案

15、全樓節(jié)省用鋼量為：110x21.59064=2374.9704 噸按每噸鋼材 1.5 萬元計算，可節(jié)約投資 3562.4566 萬元。另外，結(jié)構(gòu)概念方案型鋼混凝土角柱， 縱向鋼筋用量按含鋼率 0.8% 計算，單根單層縱向 鋼筋用量為： 3.5x2.5x0.8% x4.5x7.85=2.47275 噸；箍筋用量按體積配箍率 0.8% 計算，單層 單根箍筋用量為：( 3.5-0.05 )x(2.5-0.05)x0.1x0.8% x4.5x7.85=2.38867 噸單層單根型鋼混凝土角柱多用鋼筋為 2.47275+2.38867=4.8614 噸，整棟建筑節(jié)約投資 為： 4.8614x8x110x

16、0.5=2139 萬元推薦結(jié)構(gòu)方案比概念結(jié)構(gòu)方案節(jié)省混凝土用量約為：(3.5x2.5-1.85x1.65)x4.5x8x110=22562.1 立方米，按每立方米混凝土 500 元計算，可節(jié)約投資為1128.105萬元3562.5+2139.3+1128.105=6829.9 萬元綜上，推薦結(jié)構(gòu)方案節(jié)省投資總計：3.4兩種結(jié)構(gòu)方案內(nèi)筒布置對使用率的影響推薦結(jié)構(gòu)方案增加內(nèi)筒外周邊的墻厚，減少內(nèi)筒內(nèi)部墻厚，其外墻厚按沿高度平均為1米厚，內(nèi)墻沿高度平均為0.6米。概念結(jié)構(gòu)方案內(nèi)外墻厚均為1米，而內(nèi)墻的厚度減小，因電梯的存在無法提供可使用的 空間，造成有效使用面積的浪費。推薦結(jié)構(gòu)方案內(nèi)筒一側(cè)的外墻內(nèi)側(cè)

17、至另一側(cè)外墻內(nèi)側(cè)的長度為29.2米，其所占建筑面積(29.2+2)x(29.2+2)=973.44 平方米。概念結(jié)構(gòu)方案一側(cè)的外墻內(nèi)側(cè)至另一側(cè)外墻內(nèi)側(cè)的長度為30米，其所占建筑面積(30+2)x(30+2)=1024 平方米。29.2m推薦結(jié)構(gòu)方案1一f x概念結(jié)構(gòu)方案則單層推薦結(jié)構(gòu)方案比概念方案增加凈使用面積：32x32-31.2x31.2=50.56 平方米，按110層計全樓增加凈使用面積：50.56x110=5561.6 平方米，如按每平方米使用面積售價 3萬元計算，則增加業(yè)主收入3x5561.6=16684.8萬元, 即1.6億元。3.5兩種結(jié)構(gòu)方案內(nèi)筒布置對使用功能的影響由于內(nèi)筒所占建筑面積減小，推薦結(jié)構(gòu)方案進一步提供了外部辦公區(qū)域的可租售面積。4、結(jié)論4.1推薦結(jié)構(gòu)方案采用兩端剛接鋼梁將矩形鋼管混凝土框架V形支撐角柱有效的連接成為了既能承受豎向荷載又能提供巨大的抗側(cè)剛度的外框筒結(jié)構(gòu)，有效地發(fā)揮了外框筒的作用。4.2采用兩端剛接的樓面鋼梁連接角柱及內(nèi)筒，提高了角柱與內(nèi)筒的協(xié)同工作性能，共 同承擔(dān)豎