刘铮超高层优化经验Word格式.docx

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4.1.1板钢筋应采用高强度钢筋（冷轧带肋，三级钢），合理选择楼板的混凝土强度等级。

（弯构件最小配筋率不应小于0.2和45ft/fy中的较大值，表明提高钢筋的强度可减小配筋率。

板用冷轧带肋钢筋代替普通钢筋用钢量节约率可达20%。

混凝土强度等级低则构造配筋就小,反之则大）

4.1.2宜采用塑性理论计算板的配筋。

（按《混凝土结构设计规范》5.3.1与5.3.2条规定,板块可以使用塑性理论来计算,同时应满足正常使用极限状态的要求或采取有效措施。

用PKPM软件对板配筋结果对比显示,双向板用塑性理论计算得到的配筋结果比用弹性理论计算得到的配筋结果少30%左右。

对于使用塑性理论计算降低配筋后会对板块的裂缝产生不利影响的问题,中国建筑科学研究院主编的《混凝土结构设计规范算例》一书第191页的一段话:

“在民用建筑中,楼层的现浇楼板,大多数为双向板。

其计算方法,主要有弹性方法及塑性方法两种。

北京市建筑设计研究院习惯采用塑性方法计算,至今已有50年历史,尚未发现有因按塑性方法设计而发生安全问题。

至于近来常发现的楼板裂缝问题,原因众多,建筑材料、施工方法等等,皆可能导致楼板开裂。

我们认为,计算方法不是楼板裂缝的原因。

”）

一、8度区超高层建筑48层的238m结构规律：

~~内筒优化后为1000厚，优化前1200厚，内筒中的十字墙500

~~柱子优化后为1800X2000，优化前为1800X2450；

~~优化后每平米仅125公斤，前为每平米仅160公斤；

~~优化后自重每层16KN/m2，前为自重19KN/m2

1）（低、高区）伸臂和环带“谁优先”的原则：

8度区，框架核心筒，200m左右，225m，250m、300m是否一定须做伸臂？

伸臂和环带的最佳、最优位置；

~~8度区，框架核心筒，250m以上须做伸臂，225~238m插值后，可不做伸臂。

~~优化后伸臂仅一道（低区16层处），还是为了解决（中震下），（内筒四角）单片墙肢拉应力大于（2ftk）；

优化前三道（低中高区）

~~优化后环带桁架仅2道（高区15、30层处），优化前3道（低、中、高区处均设）

~~1）小伸臂的概念设计；

~~钢管混凝土柱与钢骨柱优劣；

构造内、外加劲环优劣：

~~外框柱外鼓方向的错误做法

~~裙房抗浮与超高层抗压，基础未必统一为桩基；

见详图；

目标是调平、减沉（降差），而非机械的、僵化、教条的统一、生搬、死套；

~~2）梁“与长墙肢”的刚、铰接；

（见图）

~~伸臂（搭在外框柱的铰接方式）与（搭在内筒的暗型钢构造）

3）钢梁与柱刚、铰接的优化；

组合梁高或压缩上翼缘宽的优化；

4）主梁搭在连梁的解决或回避措施；

5）“中震弹性”不针对梁截面，“目标”是确保柱和墙截面：

6）拔掉角柱后，建筑可呼吸、采光、观景面多了；

~~不是硬悬挑L=9m；

而是从斜向主梁根部挑，悬挑长度降为0.7倍的L=6m；

挑梁高度从至少1500减为650；

7）“穿层柱”错误的加强措施：

“无板”、分不到剪力、长柱：

~~位移角不足时，伸臂和腰桁架“谁优先”设置？

腰桁架“优先”，最后才设计伸臂：

（三方都反感伸臂）

（1）（甲方反感）“用钢量”：

腰桁架用钢量较伸臂小，甚至相差一倍，（腰桁架一般六七百吨，伸臂约一千二百多吨），原因：

腰桁架上、下玄杆（一般）借助了，也就是楼面梁，竖杆借助了、实际也就是工程柱，实际腰桁架新增的用钢量就是斜杠用钢量；

（2）（乙方反感）“工期”、“封闭时间”：

腰桁架可大大节省工期，伸臂要求的“封闭时间”很严、很苛刻，必须在核心筒稳定后才能封闭，

此外，伸臂因必须穿越核心筒，因此“施工难度、复杂度”远高于腰桁架；

（3）（设计方更反感）：

（超限审查新趋势），伸臂处节点要补充有限元分析；

~~伸臂和腰桁架错位布置

5）解决中震下，墙肢拉应力不满足或大于（2ftk）的4种经验措施：

可概括为四句话：

“降伸臂，增小墙，做减法，换概念”；

~~降环带是否有效果:

此规定来源，同剪重比有关，防止核心筒墙厚“先天不足”的前提下，通过无限制的通过增加型钢“钢材”、箍筋、水平筋，甚至“钢板剪力墙”等手法抗剪，以使得混凝土与钢材共同工作，协同抗剪，避免脆性破坏，（类似梁抗剪，有个最低的混凝土截面的尺寸要求，0.25倍的fcbh0）

~~“素的混凝土”抗剪，钢材不能帮忙；

在双向中震作用下单片墙肢平均拉应力不大于2倍混凝土抗拉强度标准值（2ftk），（也即不能考虑翼缘作用）；

为何是ftk

因中震地震力为2.8倍的小震，对应标准值；

C60，（2ftk）=5.7，

1、变墙为柱，“自欺欺人、偷换概念”，与强化的初衷背道而驰，

2、降伸臂：

但有时伸臂的存在，对刚度不敏感，也即位移富裕较多时，伸臂也可下移，至低区，0.32倍的高度处，可能会解决中震下，（内筒四角）墙肢拉应力大于（2ftk）的问题，也即对中震下的墙肢拉应力不超过（2ftk），很有帮助。

若此手法甲方认为代价大，也可通过在底部加强部位的楼梯间等建筑不重要部位，沿着内筒周圈，加一些200厚的不必到底的小墙，（帮着受拉），这些小墙可在地下1、2层被梁转换掉，或者干脆不转换，直接落在板上。

3、利用核心筒中的建筑小墙做结构墙

4、做减法（效果一般优于做加法），核心筒墙开洞，或者减薄；

5、必须满足、怎样满足：

大震下墙体受剪截面控制条件、也即0.15倍的fckbh0：

1）（为何是fck，因大震对应材料标准值，）“真刀对真枪”的来设计内筒厚度，否则设计不下来；

与抗剪的“中震弹性目标”不同，“有意、人为的低估”材料强度，让抗剪，有富裕度；

2）素的抗剪，不能让钢材帮忙，“不允许”加钢板剪力墙等；

3）此时的大震，必须采用“名义剪力”，即假的剪力、大的剪力，受剪承载力满足“中震弹性”和“大震下”的截面收剪控制要求，（而非abaques大震弹塑性分析用的4倍多点的较小的地震力数值，而是小震直接乘以6.28倍）。

加强部位以上的主要墙肢，受剪承载力满足中震不屈服的要求。

不满足时，也可利用核心筒中的“建筑小墙”做结构墙或者“开洞弱化”：

不满足时，也可采用在加强部位的楼梯间等建筑不重要部位，加一些200厚的小墙，（帮着受剪）。

，这些小墙可在地下1、2层被梁转换掉，或者干脆不转换，直接落在板上。

（大震也即小震地震力的4、5.6、6.28倍），而非abaques大震弹塑性分析用的较小地震力数值。

2）8度区，Z15地块中信中国樽528m，（100多层，周期7秒多？

）；

（太刚了？

且是地震力控制，（非风控制？

~~外框为加斜撑的巨型框架、巨型桁架转换大梁-内核心筒的结构体系，

~~外框角柱巨柱24平米，核心筒厚度仅1m，因外框已承担70%剪力，核心筒仅仅承担30%剪力，不须再做伸臂，即使做伸臂对位移、抗侧力等也起不到作用。

3）8度区48层的238m工程实例：

正大侨商项目（型钢用量每平米仅125公斤，钢筋一般板10公斤，柱子10公斤，墙60~80公斤，自重16KN/m2）但此数据，绝不是底限用钢量。

4）伸臂一般设计在黄金分割点也即0.618倍高度处对位移、刚度的贡献才最有效。

建抗超委[2013]（审）019号

北京商务中心区（CBD）核心区Z14地块商业金融项目

初步设计抗震设防专项审查意见

北京商务中心区（CBD）核心区Z14地块商业金融项目为两个主体结构总高度221m的大底盘双塔超限高层建筑工程，按行政许可和建设部令第111号的要求，应在初步设计阶段进行抗震设防专项审查。

该工程塔楼采用型钢混凝土柱-钢梁和混凝土核心筒的结构体系，并设置腰桁架、伸臂。

设计单位针对超限情况提出墙肢中震不屈服等性能目标和相应的构造措施。

专家组经审阅有关勘察设计文件、会议质疑和认真讨论，认为该工程结构初步设计的抗震设防标准正确，抗震性能目标基本合理，抗震设防专项审查结论：

“通过”。

具体审查意见如下：

一、同意该工程采用下列抗震性能目标：

1.本工程设计地震动的参数，中震、大震按2010抗震规范采用，特征周期按内插法确定。

2.按整体和分塔模型包络设计，底部加强部位墙体和伸臂加强部位的主要墙肢，偏压、偏拉承载力按中震不屈服复核，加强部位以上的主要墙肢，受剪承载力满足中震不屈服的要求。

3.外框柱偏压、偏拉承载力（也即抗弯）按中震不屈服复核，受剪承载力满足中震弹性的要求。

伸臂和腰桁架的承载力满足中震不屈服。

二、结构设计应按下列要求微调、改进：

1.底部加强部位的墙肢拉应力应进一步复核，在双向中震作用下单片墙肢平均拉应力不大于2倍混凝土抗拉强度标准值（2ftk）。

2.外框柱的地震（含中震）内力，除伸臂、腰桁架层及相关楼层外，按单塔基底剪力的20%和外框最大计算层剪力1.5倍二者的较大值（不大于25%基底剪力）调整。

穿层柱按同层普通柱在此基础上的剪力相应调整地震内力并考虑计算长度不同。

3.裙房应补充单独的承载力验算，进一步复核扭转效应并相应加强扭转大的部位；

其屋盖网架支承结构及其构造应改进、加强。

4.筒体和外框柱的截面尺寸和强度等级应适当调整并防止突变；

弹塑性计算的结果应做进一步复核，明确薄弱部位并采取加强措施。

三、该工程场地类别划分符合规范要求。

抗震设防审查组组长2013,8,1

二、超高层建筑一般采用（钢-混凝土）混合结构：

1、柱截面受到限制时，优先选用钢管混凝土柱，钢骨混凝土柱次之。

（因钢管混凝土柱之钢材料位于构件边缘，远离中和轴，力臂最大，钢结构强度和贡献发挥充分。

2、柱和剪力墙中的钢骨延伸高度不应小于结构总高的60%。

（过去是根据受力需要，局部采用钢骨，至多延伸一层，不要求贯通全楼，新规范较保守。

3、为了减小柱截面或提高延性而在柱中设置钢骨，而梁仍为混凝土梁时，该体系不宜视为混合结构。

此外，局部构件（如框支梁柱）采用钢梁钢柱（或型钢混凝土梁柱）也不应视作混合结构。

~~“混合”compound;

complex；

mixedstructure是对宏观的结构形式而言的，

~~最常见的混合结构就是砖混：

墙是砖的，楼板是混凝土的；

~~“组合”（composite）则是对微观的单个构件而言的，

~~如组合梁，组合了钢梁和混凝土楼板；

如钢管混凝土柱；

4、混合结构的“弹性层间位移角”：

混合框架中（钢梁时为1/400），除型钢混凝土梁1/500外；

其他混合结构为：

H≤150m为1/650，H≥250m为1/500；

其中650=1/2（800+500）；

150m≤H≤250m为1/650~1/500线性插值；

5、“大震下”的“弹塑性”层间位移角：

框架-剪力墙、框架-核心筒体的混合结构为1/100，

纯钢结构为1/50；

5、“小震”时，柱子的层剪力的分担率为：

（两道防线时）双重抗侧力体系时：

7度、8度为10%，

9度为15%。

超高层结构的设计实践中，一般小于10%，很难实现这个分担率，（此时做加法，如增加柱子截面，往往效果不佳，且建筑师一般难以接受），一般采用对核心筒之剪力墙做减法，尤其适度减薄核心筒内部（非周边）的墙厚，其实现柱子层剪力10%分担率，效果更显著。

6、结构成本构成分析（以230米高度为例）

项目

钢材用量（Kg/㎡）

造价（元/㎡）

所占总价的比重

基坑支护

其中挖坑每延米下挖2.5万元

80~120

4~5%（5%）

基础及底板

其中桩每平米100-150元

250~300

10%

梁板

35

500

25%

柱

45

500~700（600）

30%

剪力墙

50-55

600~800（700）

35%

如8度北京万科33层剪力墙住宅二类场地土、地上为55公斤，万科写进限额设计合同，否则减、免设计费，北京院本人参与设计、实现，同一般经验的纯剪力墙一般每平米65~70公斤相比，每平米减了10~15公斤。

5、超高层钢结构所有抗侧力构件即支撑均应在安装阶段消除自重传来的内力！

（也即支撑后安装）以避免构件过早屈曲。

否则安装中就会发生受压屈曲，这也就是为什么一切支撑一定要等梁、柱完成结束后，才安装的主因

a中心支撑—相当于加斜柱，受力直接、刚度大；

不能受压。

b偏心支撑—相当于梁加腋，刚度小，弹性时作用很小；

•在中震、大震时耗能；

（宜与中心支撑组合使用）。

•《抗规》8.2.2条第2款：

当偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时，其阻尼比可相应增加0.005。

•实践中，偏心支撑的刚度较小，在弹性阶段很难满足此条。

因此，如果需要偏心支撑具有耗能特性，性能目标中，必须使其在中震下达到耗能段屈服。

（中震计算需要弹性板假定）

c屈曲约束支撑（防屈曲支撑）—受力直接、刚度大，受拉、受压均可；

造价较高。

（屈曲约束支撑的主要特点是通过外加套筒，约束支撑不发生屈曲，支撑刚度和强度完全发挥，且保护梁柱构件不破坏。

其芯板钢材类型为低屈服点钢材（屈服强度100MPa，225Mpa），普通低碳钢（SLY100，SLY225）。

d钢板墙:

一般可分为两种，一为外包混凝土的钢板墙，二是与带加劲肋的钢板墙。

（构造上一定与上下的钢梁和左右的钢柱脱开，否则安装中就会发生受压屈曲，这也就是为什么一切支撑一定要等梁、柱完成结束后，才安装的主因）—受力直接、刚度大；

必须有防屈曲措施。

外包混凝土

带加劲肋

工程实例介绍：

广州合景大厦

38层办公楼，高度178米，钢管砼—钢支撑混合结构，最大钢管D1300X35，钢管中砼标号C80，用钢量104kg/m2，结构结算造价1280元/m2（主因采用组合梁）

三、框架-核心筒体结构比框筒-核心筒更有优势:

（红415页李国胜实例）

1、稀柱的外柱距一般可达9~10.5m，外柱间梁高（因抗扭需要）可取1/10~1/11，也即梁高可为900~1000mm。

如沈阳华润中心，柱截面1400mm。

2、可无角柱，便于建筑呼吸、采光。

（因剪力滞后的原因，角柱受力很大，一般角柱面积是边柱的1.5-2倍，设计了角柱反而自找麻烦，浪费材料。

3、外柱与内筒距离可达10~12m，外柱与内筒的梁高可取1/20，也即梁高可为500-600mm高。

4、内筒高宽比10~12，可同上记忆。

否则若拟定小了内筒尺寸，会造成内筒墙过厚超过1400mm，导致抗侧力不足，（如深圳第一高京基100，即使超大柱2.7mX3.9m，超厚墙已超过1.9m厚，风荷载下的弹性层位移角是1/470，仍未达到1/500之要求，最后成为唯一1个100层的未达到位移要求的超高层）。

常州300m，内筒墙厚1200mm~350m，外柱截面1600mm~1000mm。

5、内筒墙为未必到顶。

（因剪力墙顶部是拉着框架走，起副作用，如深圳第一高：

京基100）。

6、伸臂桁架可不设。

（7度区域200~209m）常州300m（7度区域），仅在50层设计了钢结构的腰桁架。

7、无需转换层，因底层外柱为稀柱，柱距大，不影响通道。

8、国贸3期:

330m,外框筒和核心筒地下3层,地上74层高,20万平米,桩筏,底标高-22,00m,（钢）外框筒所有柱为型钢混凝土柱、框架梁、腰桁架和（仅2道）伸臂桁架均为钢构件，（斜撑）钢框架核心筒周边为型钢混凝土柱、型钢梁、支撑框架，16层以下墙体设为（斜撑）钢板混凝土剪力墙。

钢结构总重量为5万吨，折合250公斤每平。

（同央视用钢量。

9、央视：

100年建筑，234m高，地下3层,地上1塔楼51层和2塔楼44层高,40万平米,2个塔楼均双相向6度倾斜，分别在1塔楼37层（也即2塔楼30层）以上部分用14层高的L型悬臂桁架结构连为一体，最大悬挑75米，主楼采用（钢）支撑筒体结构，带斜撑的钢结构外筒提供结构的整体刚度，折合250公斤每平。

二、超高层周期和自重:

1、超高层周期一般为层数的0.1~0.08倍，越高越取大值。

2、150m左右高住宅结构优化后，经济合理的结构自重为：

8度：

18KN/m2,一一对应便于记忆.

7度：

17KN/m2,一一对应便于记忆.

6度：

16KN/m2,一一对应便于记忆.

七、沉降后浇带的“新观点”与沉降后浇带施工的“预封闭”技术：

1、主楼基础每一侧不大于20m（甚至60m）范围内可根本不设沉降后浇带。

2、“新观点”：

沉降后浇带封闭时间可同温度后浇带,一个月即可封闭.（以上均因在上海很差的软土地基上，3个以上的主楼和裙房之间的沉降后浇带下的施工中贯通的垫层，均未见到裂缝，说明设计后浇带只是个自我安慰，因土体本身的强度，加之主楼荷载的跨越和扩散作用，设计在裙房一侧的第2跨跨中的后浇带两侧，并无差异沉降。

八、裙房比主楼基础深时，（见图）1、高层下若天然地基不足以满足承载要求时，高层下可采用cfg桩，同时可加强裙房基础的边墙厚度和配筋。

也有不用加强裙房基础的边墙厚度和配筋的做法,道理是高层的荷载因设计了下面的cfg桩，直上直下、直接传走了高层的荷载，不会扩散到裙房边墙上去。

2、海南的地基，持力层局部存在贝壳岩，一般工程，尤其桩基都是后注浆，提高（桩）承载力，本工程却是先注浆，加固有孔洞的贝壳岩，后成桩。

九、100m以内高层剪力墙住宅结构材料用量分析:

（一家之言）

特别说明：

工程千变万化，本规律不具绝对性，不可机械照搬，仅供参考，客气话而已；

（1）本文是针对常规高度（11至33层）常规体型（平、立面规则性均符合《高规》3.4、3.5节规定）的常规住宅项目（无转换）。

不包括地下室及基础部分，不包括转换层，文中数据仅为上部结构标准层。

（2）材料单价：

钢筋纯材料可按4200元每吨，综合造价按5000元一吨（含人工绑扎、运输费）；

混凝土纯材料可按360元每立方米；

综合造价按500元每立米；

也即符合二个五原则。

（3）一般结构材料造价钢筋占55~65%，混凝土占45~35%，也即符合3565原则。

（4）墙肢主要包括边缘构件（暗柱）和墙身。

墙身通常为最小配筋率控制，配筋率为0.5%（竖向双片共计0.25%+水平双片共计0.25%），边缘构件（暗柱）一般也宜为规范构造控制，综合配筋率一般为1.0%~1.5%。

其中边缘构件钢筋含量占70%左右。

因此、墙肢的设计边缘构件是关键。

（一）布墙原则：

几宜几不宜原则；

数量宜少不宜多；

宜长不宜短；

宜薄不宜厚；

要简单不要复杂；

宜一般墙不宜短肢墙；

（二）用钢量拆分：

1、板：

10~15公斤：

（低值用于120厚以内板，高值用于180厚板）

2、梁：

10~20公斤：

（梁一般大于板）

3、墙：

10~30公斤：

墙一般大于梁；

（6度：

10~15公斤；

15~20公斤；

20~30公斤；

4、墙所占面积率：

3~5%；

4~6%；

5~8%；

5、

6、

7、

8、

9、

十、6-8度区238m-500m（超）高层建筑每平米造价成本与结构用钢量规律；

工程实例：

十一、（超）高层建筑“公共建筑”城市综合体中建筑、结构、水暖、空调、强弱电、电梯、幕墙每平米造价占比规律与分析；

十二、（超）高层建筑“住宅”项目中建筑、结构、水暖、强、弱电、电梯每平米造价占比规律与分析；

十三、二十二分时长的小电影播放：

8度区超高层建筑48层（-6层）238m-北京商务中心区（CBD）核心区Z14地块商业金融项目设计与施工动画演示

十四、（超）高层建筑混合结构中（型钢）钢材和钢筋每平米用量与占比规律：

十五、二十四分时长的小电影播放：

7度区超高层建筑49层（-4层）188m全钢住宅-厦门洪文世界山庄二期项目钢结构制作与施工动画演示

十六、高层民用建筑“给排水”工程单方造价表：

十七、高层民用建筑土建工程中“建筑与结构的造价比”：

十八、“高层住宅”中建筑、结构、水、暖、强、弱电、电梯造价占比表：

十九、“星级酒店”建筑、结构、机电设备造价构成占比表：

二十、“公共建筑”建筑、结构、机电设备造价构成占比表：

二十一、“地震烈度”对土建工程造价的影响数据表：

二十二、居住建筑“采暖方式”年运行费表：

二十一、高层民用建筑“采暖工程”每平米造价估算表：

二十一、高层民用建筑“中央空调”每平米造价估算表：

二十二、高层民用建筑“变配电”每平米造价估算表：

二十三、某8度区高层住宅28层（-2层）各项技术经济指标实例

二十四、某8度区小高层住宅9层（-1层）各项技术经济指标实例

二十五、北京地区高级公共建筑每平米工料消耗及造价表

二十六、国内部分一二线城市民用建筑工程造价参考指标表