合肥置地廣場·柏悅中心C座結(jié)構(gòu)方案選型

陳 霖

(中國電子工程設(shè)計(jì)院，北京 100142)

合肥置地廣場·柏悅中心C座結(jié)構(gòu)方案選型

陳 霖

(中國電子工程設(shè)計(jì)院，北京 100142)

以合肥置地廣場·柏悅中心C座的結(jié)構(gòu)選型為例，分析了超高層結(jié)構(gòu)采用混合結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，通過綜合論證分析，選擇了前期一次性投資較低的混凝土結(jié)構(gòu)方案為該項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)體系，為類似項(xiàng)目提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。

超高層結(jié)構(gòu)，混合結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)，綜合效益

1 工程概況

合肥置地廣場·柏悅中心C座項(xiàng)目位于安徽省合肥市城市新中心——政務(wù)文化新區(qū)，南依龍圖路，東臨星光西路，西靠懷寧路。項(xiàng)目用地北面為省廣電中心，東面為城市綠軸景觀帶，西面為省文博園。項(xiàng)目總占地面積51 188 m2,擬建以五棟塔樓為主體的中央景觀庭院，總建筑面積達(dá)到442 034 m2，其中A座辦公樓50層，建筑高度約180 m；B座辦公樓(已建成)16層，建筑高度約80 m；D座辦公樓(已建成)24層，建筑高度約100 m；E座辦公樓39層，建筑高度約138 m。地下室共4層，建筑面積150 756 m2,地下2層～4層為車庫及相關(guān)設(shè)備配套用房，G層為商業(yè)用房，戰(zhàn)時(shí)地下3層，4層部分作為人防地下室；C座位于地塊西北角,結(jié)構(gòu)高度為204 m，屋頂鋼架尖頂建筑標(biāo)高為215.30 m，室外地坪高度為-4.800 m。G層以上部分總建筑面積為106 724.7 m2，地下4層，地上50層，標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.8 m，19層，35層為避難層，層高為5.7 m。基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ)。其建筑效果圖如圖1所示。

根據(jù)建筑的空間及使用功能的要求，選用框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系作為本項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)體系。本建筑標(biāo)準(zhǔn)層為近似規(guī)則長方形，建筑輪廓外包尺寸為48 m×40 m，整體高寬比為204/40=5.1，首層核心筒尺寸為25 m×17.2 m，筒體高寬比為204/25=8.16，204/17.2=11.86。本項(xiàng)目建筑方案為美國V3建筑事務(wù)所設(shè)計(jì)，施工圖由作者所在設(shè)計(jì)公司承擔(dān)，結(jié)構(gòu)平面圖如圖2所示。

2 設(shè)計(jì)條件

2.1 自然條件

該項(xiàng)目所在地為安徽省合肥市政務(wù)區(qū)，基本風(fēng)壓為0.35 kN/m2(n=50年)，根據(jù)JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[2]要求，對風(fēng)荷載比較敏感的高層建筑，承載力設(shè)計(jì)時(shí)按基本風(fēng)壓的1.1倍采用；本地區(qū)地面粗糙度為B類，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.1g，地震分組為第一組，場地抗震類別為Ⅱ類，抗震設(shè)防類別：丙類。

2.2 材料類別

核心筒所采用混凝土等級為C40～C60，梁板采用混凝土等級為C30，所用鋼筋級別為HPB300，HRB335，HRB400，鋼材采用Q235-B,Q345-B級鋼材，焊條類型為E43型或E50型。

2.3 結(jié)構(gòu)分類等級

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，本結(jié)構(gòu)安全等級為二級，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防類別為乙類，基礎(chǔ)的安全等級為二級，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為甲級，核心筒的抗震等級為特一級，框架的抗震等級為一級。

3 結(jié)構(gòu)方案選型

根據(jù)JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[2]規(guī)定，鋼筋混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)在7度區(qū)的最大適用高度A級為130 m，B級為180 m，本項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高度達(dá)到204 m，超過了B級高度180 m，因此本工程屬于超B級高度的超限項(xiàng)目。根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和受力特點(diǎn)，本工程可采用混凝土結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)。通過結(jié)構(gòu)計(jì)算和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，對兩種結(jié)構(gòu)形式在受力性能、成本造價(jià)、施工難易度和綜合效益等方面的比較，得出最優(yōu)方案。

3.1 混凝土結(jié)構(gòu)方案

本結(jié)構(gòu)地下4層，地上50層，外框柱距為8 m，外框柱距核心筒距離為12 m，外框柱承擔(dān)了較多的豎向荷載，若單純采用鋼筋混凝土柱，則柱截面較大，從而會(huì)影響了建筑空間的使用。因此本方案結(jié)構(gòu)外框柱在40層及以下采用型鋼混凝土柱，40層以上在角部的8根柱采用型鋼混凝土柱，其余柱采用純鋼筋混凝土柱。此方案能最大限度的提高外框柱的豎向承載力，增加豎向剛度，而頂部區(qū)域純混凝土柱已能夠滿足承載力要求，取消柱內(nèi)型鋼則避免材料浪費(fèi)。筒體及梁板結(jié)構(gòu)均采用鋼筋混凝土材料，此種結(jié)構(gòu)形式為混凝土結(jié)構(gòu)。

型鋼混凝土柱中型鋼為十字形型鋼，由工廠生產(chǎn)加工而成。型鋼與混凝土通過可靠連接形成共同豎向受力構(gòu)件，在相同豎向承載力情況下，較單純鋼筋混凝土柱截面面積可減小1/3～1/2，提高了構(gòu)件的延性；與純鋼柱相比，則節(jié)約了鋼材，免除了防火防銹等多道工藝要求。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板體系，與豎向構(gòu)件有可靠的連接，結(jié)構(gòu)整體性得到大幅增強(qiáng)，而且此種結(jié)構(gòu)形式施工技術(shù)成熟，維護(hù)成本低。

3.2 混合結(jié)構(gòu)方案

混合結(jié)構(gòu)方案的外框柱全部采用型鋼混凝土柱，此柱的特點(diǎn)已在混凝土結(jié)構(gòu)方案中提過?；旌辖Y(jié)構(gòu)方案的水平構(gòu)件由組合型鋼梁和組合樓蓋構(gòu)成。組合樓蓋自重輕，延性好，能充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的材料性能，在承載力相同的情況下能顯著減小鋼梁截面高度，同時(shí)減少傳給基礎(chǔ)的荷載。組合樓蓋可以由工廠加工，現(xiàn)場鋪裝，省去了現(xiàn)場支模的工藝要求，大大提高了施工進(jìn)度。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果對比分析

4.1 主要構(gòu)件比較

為保證兩個(gè)方案的可比性，兩種方案采用相同的結(jié)構(gòu)布置形式和計(jì)算參數(shù)。本工程的位移指標(biāo)是由地震荷載控制，根據(jù)JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[2],位移角限制為1/600，型鋼混凝土柱的軸壓比限值為0.70，混凝土柱的軸壓比限值為0.75，核心筒的軸壓比限值為0.5，兩種方案主要構(gòu)件見表1～表3。

表1 外框柱截面尺寸及混凝土等級

表2 梁截面尺寸及混凝土等級

表3 樓板截面尺寸及混凝土等級

4.2 樓層凈高比較

在滿足計(jì)算要求的前提下，混凝土結(jié)構(gòu)方案的主梁控制在700 mm，層高3.8 m，結(jié)構(gòu)凈高3.1 m；混合結(jié)構(gòu)方案主梁控制在550 mm,組合樓蓋厚度100 mm，結(jié)構(gòu)凈高為3.15 m。故混合結(jié)構(gòu)方案能提供更高的使用空間。

4.3 整體計(jì)算指標(biāo)對比

兩種結(jié)構(gòu)方案的整體計(jì)算結(jié)果見表4，通過比較可見兩種結(jié)構(gòu)方案的自振周期基本一致，而混合結(jié)構(gòu)由于自身自重輕，比混凝土結(jié)構(gòu)方案偏柔，需要在35層采用伸臂桁架和腰桁架才能滿足計(jì)算要求。

4.4 施工速度對比

兩種結(jié)構(gòu)方案均采用混凝土筒體，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)層施工均采用爬模施工。爬模施工無需采用腳手架，施工速度快，在高層建筑中普遍采用。對于梁板施工，混凝土結(jié)構(gòu)方案需采用傳統(tǒng)的模板施工方式，現(xiàn)場模板施工工程量較大；而混合結(jié)構(gòu)方案的鋼梁和組合樓蓋均由工廠加工，現(xiàn)場拼裝，無需支模，現(xiàn)場施工簡單，施工速度比混凝土結(jié)構(gòu)方案快。

表4 兩種方案整體計(jì)算指標(biāo)對比

4.5 經(jīng)濟(jì)性對比

兩種結(jié)構(gòu)方案的材料用量見表5，從表5中不難看出，盡管混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土用量比混合結(jié)構(gòu)的混凝土用量多7 527 m3，但鋼材用量節(jié)省了1 849 t，混合結(jié)構(gòu)方案的綜合造價(jià)要比混凝土結(jié)構(gòu)方案的造價(jià)高出約2 260.7萬元。

表5 兩種方案材料用量對比

5 結(jié)構(gòu)選型

經(jīng)以上對比分析，可以得到以下結(jié)論：

1)在凈高方面，混合結(jié)構(gòu)能比混凝土結(jié)構(gòu)提供更高的結(jié)構(gòu)使用空間。2)兩種方案的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果均能滿足規(guī)范要求，但混合結(jié)構(gòu)由于自身偏柔，需要設(shè)置腰桁架和伸臂桁架才能滿足計(jì)算要求。3)混凝土結(jié)構(gòu)方案比混合結(jié)構(gòu)方案在材料費(fèi)用上要節(jié)省2 260.7萬元。4)在施工速度方面，混合結(jié)構(gòu)的施工速度要優(yōu)于混凝土結(jié)構(gòu)，但施工速度的差別并不明顯，而混凝土結(jié)構(gòu)的后期維護(hù)和改造成本較混合結(jié)構(gòu)低。

綜上，本項(xiàng)目選用了混凝土結(jié)構(gòu)方案形式。對于建設(shè)方，其綜合經(jīng)濟(jì)效益是他們首要考慮的問題，超高層結(jié)構(gòu)方案的選型涉及到投資的綜合成本，施工的復(fù)雜程度和項(xiàng)目的管理等各個(gè)因素，需要各方綜合論證，才能找到最優(yōu)方案。

[1] GB 50011—2010，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] GB 50223—2008，建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] 北京勘察技術(shù)工程有限公司.安徽合肥置地廣場工程場地項(xiàng)目地震安全性評價(jià)報(bào)告[R].2011.

Structural scheme selection of Hefei Landsquare·Brilliant center tower C

Chen Lin

(ChinaElectronicEngineeringDesignInstitute,Beijing100142,China)

Based on the structural scheme selection of Hefei Landsquare·Brilliant center tower C, this paper compared the advantage and disadvantage between mixed structure and concrete structure for super high-rise building. After comprehensive comparison, concrete structure was chosen as the structural scheme for this tower due to its lower prophase investment. Provides design basis for similar projects.

super high-rise building， mixed structure， concrete structure， comprehensive benefit

2015-01-05

楊小兵(1981- )，男，工程師

1009-6825(2015)08-0058-02

TU318

A