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1、深圳平安金融中心結構方案比較分析報告XX有限公司目錄一. 建筑結構體系構成二. 結構工作性能三. 結構方案的優缺點四. 結論一、建筑結構體系構成按建筑結構體系的不同，分為推薦結構方案和結構概念方案。以下分別對兩種不同方案的結構構成特點進行分別論述。1、推薦結構方案結構體系構成1.1 外筒 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構體系，既承受垂直荷載又提供了強大的抗側剛度。 圖1和圖2分別給出了外筒結構構成的平面示意圖和三維示意圖，表1給出了外筒結構構件尺寸沿樓層變化。角梁矩形鋼管混凝土外框柱V形支撐外框梁矩形鋼管混凝土角柱圖1 外筒2、構成平面示意圖(a) 矩形鋼管混凝土框架(b) 矩形鋼管V形支撐(c) 矩形鋼管混凝土角柱(d) 外筒結構體系圖2 外筒構成三維示意圖表1 外筒結構構件尺寸沿樓層變化層數矩形鋼管混凝土角柱(HBT)矩形鋼管混凝土框架柱(hxbxt)框架裙梁(h1xb1xtwxtf)V形支撐101-1171500x1100x30C50600x600x25H1000x400x20x25(角梁采用900x900x50的方形鋼管截面)900x900x40的方形鋼管截面91-1001700x1200x30C5081-901800x1400x35C50700x700x3071-802000x1500x40C6061-703、2100x1700x40C60800x800x3551-602200x1900x40C6041-502300x2000x40C7031-402300x2000x45C70900x900x4021-302400x2000x45C7011-202500x2000x45C801-102500x2000x50C80900x900x50 注：HBTC*矩形鋼管混凝土角柱截面長邊邊長短邊邊長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短邊邊長x鋼管壁厚 h1xb1xtwxtfH形框架裙梁的截面高度截面寬度腹板厚度翼緣厚度1.2 內筒 內筒由在四角及門洞口設置型鋼的現澆鋼筋混凝土4、剪力墻組成（如圖3）。通過在內筒關鍵受力部位設置型鋼，改善了內筒的工作性能。內筒門洞處采用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彎曲破壞，可改善整體結構的延性性能。增加內筒外側墻體厚度，減小內側墻體厚度即在獲得較大的結構抗側剛度又有效減少結構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。外墻內墻型鋼型鋼圖3 內筒平面示意圖圖4 內筒三維示意圖表 2 內筒構件尺寸沿樓層變化層數核心筒外墻核心筒內墻厚度(mm)混凝土強度等級厚度(mm)混凝土強度等級101-1171600C80500C8091-1001600C80505、0C8081-901400C70500C7071-801400C70500C7061-701200C70500C7051-601100C60500C6041-50900C60500C6031-40900C60500C6021-30800C50500C5011-20800C50500C501-10600C50500C501.3 矩形鋼管混凝土K型支撐伸臂桁架 在建筑的設備層設置三道矩形鋼管混凝土K型支撐桁架，連接角柱與核心筒，進一步發揮角柱與外筒的作用抵抗水平荷載，提供更大的抗側剛度。K型支撐上下弦支撐與內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6、層數，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所在層數矩形鋼管混凝土截面(hxbxt)內灌混凝土強度第一道54-551500x1100x100C80第二道86-871500x800x100C80第三道116-1171500x600x100C80第二道第三道第一道圖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 結構構成及特點 內外筒由現澆混凝土樓板及8根連接角柱與內筒的剛接鋼梁及連接外框與內筒的兩端鉸接的樓面鋼梁構成的有效空間結構體系，各構件共同協調工作，承受豎向荷載及水平荷載。其構成特點如下：a. 核心筒與角柱相連7、的鋼梁剛接，外框梁與外框柱剛接；b. 設置三道“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，改善結構延性。外框柱角柱核心筒V撐彎曲型內外筒整體結構體系2、結構概念方案結構體系構成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構體系組成。巨型型鋼混凝土柱截面：底部4.5m3.5m沿高度變化至頂部為2.5m1.5m。矩形鋼管混凝土框架與角柱采用兩端鉸接的鋼梁連接，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 外筒構成平面示意圖2.2 內筒 8、內筒由內外墻厚為1米的鋼筋混凝土剪力墻組成，門洞處設置800mm高的連梁。外墻內墻圖7 內筒平面示意圖2.3 鋼筋混凝土伸臂 在建筑的避難層設置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筒。圖5 六道鋼筋混凝土剪力墻布置三維示意圖2.4 結構的構成及特點 內外筒由現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，并設置了六道鋼筋混凝土伸臂組成了概念結構方案的豎向承重及抗側結構。其結構構成特點如下：a. 外框架柱與角柱采用剛接鋼梁連接，角柱與內筒采用鉸接鋼梁連接；b. 巨型截面型鋼混凝土角柱外框柱角柱核心筒V撐彎曲型內外筒獨立結構體系二、結構工作性能同上，以下分別對兩種不9、同方案的結構工作性能進行分別論述。1、推薦結構方案1.1 結構周期和模態表 1結構周期和模態ModePeriod(s)UX(%)UY(%)SumUX(%)SumUY(%)RZ(%)SumRZ(%)123456789101112(a) 模態1(Y向平動)(b) 模態2(X向平動)(c) 模態5(扭轉平動)圖7 結構模態圖該計算結果表明，結構周期表現出規則的變化，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，第五周期為扭轉周期，周期比為0.57，結構表現出良好的動力性能。由于建筑的限制，Y向的剛度約為X向的0.7倍。1.1 層間位移角圖8和圖9給出了結構在風荷載和地震作用下10、，結構層間位移角隨結構高度的變化曲線。高規的要求層間位移角不宜大于1/500。上圖表明，在風荷載和地震作用下結構均滿足層間位移角的限值要求。結構在風荷載作用下側移較大，故風荷載在本工程中起控制作用。結構雙向剛度不等，在水平荷載作用下表現有所不同。結構的X向剛度較大，在風荷載作用側移較小，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Y向的層間側移角的差別沒有風荷載作用下大。圖8 風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2、推薦結構方案2.1 結構周期和模態表 2結構周期和模態ModePeriod(s)UX(%)UY(%)SumUX(%)SumUY(%)RZ(%11、)SumRZ(%)123456789101112(a) 模態1(Y向平動)(b) 模態2(X向平動)(c) 模態5(扭轉平動)圖7 結構模態圖該計算結果表明，結構周期表現出規則的變化，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，第五周期為扭轉周期，周期比為0.57，結構表現出良好的動力性能。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給出了結構在風荷載和地震作用下，結構層間位移角隨結構高度的變化曲線。高規的要求層間位移角不宜大于1/500。上圖表明，在風荷載和地震作用下結構均滿足層間位移角的限值要求。結構在風荷載作用下側移較大，故風荷載在12、本工程中起控制作用。結構雙向剛度不等，在水平荷載作用下表現有所不同。結構的X向剛度較大，在風荷載作用側移較小，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Y向的層間側移角的差別沒有風荷載作用下大。圖8 風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、結構方案的優缺點3.1 兩種結構方案角柱對使用率的影響推薦結構方案角柱截面為2.5x2.0m漸變為1.7x1.3m，其沿高度平均截面為1.85x1.65m，結構概念方案角柱截面為4.5x3.5m漸變為2.5x1.5m，其沿高度平均截面為3.5x2.5m，故可計算獲得：推薦結構方案單根柱節省的建筑使用面積為：3.5x213、.5-1.85x1.65=5.6975平方米。每層節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，則可為業主增加收入：5013.8 x3=15041.4萬元即1.5億元。3.2 兩種結構方案對使用功能的影響角柱截面的減小，可使建筑從內向外看，獲取更好的景觀資源。3.3 兩種結構方案角柱造價分析推薦結構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)x0.04x4.5x14、7.85=9.66492噸結構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噸推薦結構方案角柱比結構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，則推薦結構方案比概念結構方案全樓節省用鋼量為： 110x21.59064=2374.9704噸按每噸鋼材1.5萬元計算，可節約投資3562.4566萬元。另外，結構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% x4.5x7.15、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，整棟建筑節約投資為：4.8614x8x110x0.5=2139萬元推薦結構方案比概念結構方案節省混凝土用量約為：(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，可節約投資為1128.105萬元。綜上，推薦結構方案節省投資總計：3562.5+2139.3+1128.105=682916、.9萬元3.4 兩種結構方案內筒布置對使用率的影響推薦結構方案增加內筒外周邊的墻厚，減少內筒內部墻厚，其外墻厚按沿高度平均為1米厚，內墻沿高度平均為0.6米。概念結構方案內外墻厚均為1米，而內墻的厚度減小，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。推薦結構方案內筒一側的外墻內側至另一側外墻內側的長度為29.2米，其所占建筑面積(29.2+2)x(29.2+2)=973.44平方米。概念結構方案一側的外墻內側至另一側外墻內側的長度為30米，其所占建筑面積(30+2)x(30+2)=1024平方米。29.2m推薦結構方案30m概念結構方案則單層推薦結構方案比概念方案增加凈使用面積：17、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，則增加業主收入3x5561.6=16684.8萬元，即1.6億元。3.5 兩種結構方案內筒布置對使用功能的影響由于內筒所占建筑面積減小，推薦結構方案進一步提供了外部辦公區域的可租售面積。4、結論4.1 推薦結構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剛度的外框筒結構，有效地發揮了外框筒的作用。4.2 采用兩端剛接的樓面鋼梁連接角柱及內筒，提高了角柱與內筒的協同工作性能，共同承擔豎向和水平荷載。內筒及角柱軸壓比接近，角柱軸壓比略高于內筒，內筒先行施工，能有效消除因豎向變形差給結構帶來的次應力。4.3 采用矩形鋼管混凝土K形伸臂桁架支撐連接角柱與內筒，進一步提高了角柱的抗側作用。采用K形支撐桁架這種“有限剛度”的加強層只彌補整體結構剛度的不足，減少結構的剛度突變和內力的劇增，通過調整K形伸臂桁架支撐腹桿剛度，在罕遇地震下使支撐先屈服 ，可避免在加強層附近角柱及內筒墻肢發生破壞，使結構呈現延性屈服機制。通過 以上所述的 一些具體措施，滿足了建筑使用功能的 要求，同時結構也具有承受豎向荷載及風荷載和 地震 作用的良好工作性能。