超高层写字楼技术研究

超高层写字楼技术研究李鹏程2130140538•随着社会的快速发展，我国社会主义现代化建设带领人民逐渐迈向小康之路，城市化建设的速度已经超过了很多的发达国家。然而随着城市化进程的不断发展，大量人口由农村涌入城市，城市土地供应量的严重不足与土地人均需求量不断增加之间的矛盾越发突出，例如深圳，2000年人口普查人数700万，到2012年人口普查人数猛增至1200万，土地面积不变，人口数量却增加愈70%，2012年人均用地面积锐减至133平方米。在有限的土地上如何进行可持续发展的城市建设成为21世纪城市建筑建设的重大课题.近年来，随着超高层的建筑的出现，可以有效解决城市土地供应问题，尤其是超高层综合体建筑,超高层综合体建筑往往具备多项建筑功能:公寓、办公、商业等，这种建筑形式可集中解决居住、办公、购物等一系列生活需求，同时实现土地集约化。然而,超高层综合体建筑设计难度、复杂性、综合性要远远高于一般性普通建筑。项目名称上海中心深圳平安金融中心上海环球金融中心深圳京基金融中心建筑高度(m)632597492439楼层数12411810198结构类型巨型框架-核心筒-伸臂桁架巨型框架-核心筒-巨型斜撑-伸臂桁架巨型框架-核心筒-巨型斜撑-伸臂桁架巨型框架-核心筒-巨型斜撑-伸臂桁架建筑平面长X宽(m)64.34X64.3456.3X56.357.6X57.640X40建筑高宽比(m)9.810.68.5410.9核心筒墙厚(mm)1200150016001900外框柱截面(mm)3700X53003200X6525异形巨柱2700X3900加强桁架数目6433投资（亿元）14895.57350结构体系研究和分析项名称广州珠江新城西塔南京河西苏宁广场武汉中心建筑高度(m)432400401楼层数1039888结构类型柱斜交网格外筒+钢筋混凝土内筒的筒中筒巨柱框架-核心筒-伸臂桁架巨柱框架-核心筒-伸臂桁架建筑平面长X宽(m)40X407647.3X47.3建筑高宽比(m)6.59.58.5核心筒墙厚(mm)110011001300外框柱截面(mm)Φ1600X35Φ2520X100Φ2400X45加强桁架数目/43投资（亿元）60//结构体系研究和分析•案例研究广州珠江新城西塔：用途为写字楼、酒店，主塔楼面积约25万m2，103层，高432m，高宽比6.9—6.9。平面为圆角等边三角形，70层以下为写字楼，以上为酒店和公寓。塔身沿竖向在中部略为外鼓。采用混合筒中筒结构，钢筋混凝土内筒为不等边六角形，70层以上取消全部内墙而形成酒店的中庭。外筒为新型的钢管混凝土棱形斜交网格筒。楼盖采用钢梁和钢筋混凝土板。广州珠江新城西塔+=办公标准层平面广州珠江新城西塔酒店客房标准层平面广州珠江新城西塔•案例研究深圳平安金融中心（660m）平安金融中心项目位于深圳市福田中心区，总用地面积18931.74m2，总建筑面积460665.0m2，建筑基底面积12305.63m2。塔楼地上118层，标准层层高4.5m，塔尖高度为660m，主体结构屋盖高度为588m，主体顶层楼面高度为554.5m。设计过程中采用了3种方案增大巨型框架所承担的剪力：1)将8根巨型柱从底到顶倾斜（方案1）；2)在带状桁架间设置单斜撑（方案2）；3)在带状桁架间设置X形支撑（方案3）。采用上述方法均能有效地提高巨型框架承担的剪力，经各专业协调最终采用在带状桁架间设置单斜撑的方案2。深圳平安金融中心深圳平安金融中心•案例研究武汉绿地中心2014年1月4日，华中在建第一高楼“武汉绿地中心”工地举行钢结构工程吊装仪式，300吨履带吊将重达70吨的钢柱缓缓吊起、滑移，精准就位。该工程主体结构为钢结构，此次仪式意味着该工程将进入主体结构施工阶段。?武汉绿地中心工程地下室6层，地上125层，地上建筑面积32.3万平方米，建筑高度为606米，用钢量近8万吨。该项目自2011年7月31日全面开工以来，在两年多的时间里，现已完成地连墙、工程桩、土方和支撑等工程节点，并于日前完成了华中最大的3万立方混凝土底板浇筑及养护，现进入主体结构施工阶段，预计2017年完工。武汉中心武汉中心武汉中心从以上几个案例可以看出，当前超高层建筑的结构形式体现出以下一些发展趋势。1.多种结构形式同时使用由于建筑规模大，形式变化多样，单一的结构体系如框架结构，剪力墙结构或筒体结构等往往已不能满足结构布置和受力的需要，因而一般都同时使用多种结构形式，或者在常用结构形式上补充其他结构，将之组织成整体，共同受力。例如，广州合景大厦在钢管混凝土柱框架的基础上，在不同部位加设斜支撑和交叉支撑；天津津塔在钢管混凝土柱框架的部分跨内填充钢板组成带边框钢板剪力墙等等。此外，也常常加设伸臂桁架和腰桁架来加强结构。不同的结构采用不同材料，由于同时使用多种形式的结构，因而形成同一栋建筑同时使用多种材料，成为混合结构，一般是同时使用钢筋/型钢混凝土和钢的居多。2.使用强大的抗侧力结构规模大特别是高度高的建筑，对结构的抗侧力能力要求也高，因而随之出现了一些抗侧力能力很强的结构形式。例如，广州西塔的外筒，它是由钢管混凝土柱斜交组成的网格筒体。一般框架结构主要是通过构件的抗弯能力来抵抗侧力，加上它是由轴向强度很高的钢管混凝土组成的，因而这种网格筒具有强大的抗侧力能力，同时它还具有很强的抗扭能力，因为它也是通过轴力来抗扭的。桁架具有比框架较好的抗侧力能力，尺寸巨大且杆件粗大的桁架就具有强大的抗侧力能力。这种结构也被用于超高层建筑的结构中。例如，广州珠江城在其长向两侧各设一榀覆盖整个侧面的巨型斜撑框架，解决了整体结构短向的抗侧力问题；广州合景大厦也在两侧面的框架中加设了交叉支撑来加强整体抗侧力能力。设置于平面两侧的强大抗侧力结构，同时能增强整体结构的抗扭能力，用这种措施解决了内筒偏置而产生扭转的问题。3.传统结构形式的变形由于建筑形式的多样化，往往需作必要的变化才能配合建筑的需求。核心筒仍然是较多使用的结构。对于一般建筑，它通常是形式沿高度不变，仅截面逐步收小。但有些高度较大的建筑，由于建筑沿竖向划分功能段或逐步改变平面形状，就使得核心筒需要随之变化，因而往往出现分段变化的核心筒。例如，广州西塔下段为写字楼，具有完整的核心筒，但上段是酒店，核心部分改为高大的中庭而取消所有筒内墙；上海金茂大厦也有此情况；上海环球金融中心随着建筑平面逐步收缩，核心筒从下而上由方形变为六角形再变为狭长六角形。又如，高宽比较大的高层建筑常用伸臂桁架，它原来的功能是加强抗侧能力减小水平位移，但有时却被同时或单独用来作结构转换或者装置粘滞阻尼器之用；广州珠江城就是用伸臂桁架来转换外框柱内收的竖向连续问题。4.结构构件有相应的进展为了适应新的结构形式，相应地也发展了一些构件。使用最多的是钢管混凝土，这种结构较早时已有应用，由于它具有强大的抗压能力，主要用于柱。近来使用更为普遍，而且不仅用于柱，还用以组成新的结构形式，或用作某种结构的杆件。例如，珠江新城西塔的外筒就是用钢管混凝土作为构件组成的；广州新电视塔也采用钢管混凝土斜柱；天津津塔和合景大厦用的都是钢管混凝土柱和钢梁组成的框架。另一种较新的构件是钢板剪力墙。例如，天津津塔平面中央竖向交通部分用的是钢管混凝土柱和钢梁组成的框架，在短向各榀和长向框架部分跨内填充钢板成为带边框钢板剪力墙。这种剪力墙不参与承担重力荷载，仅通过斜向拉力承担水平剪力。钢板剪力墙比钢筋混凝土剪力墙重量轻，占用面积小，抗剪能力强，但要通过节点设计或施工措施来解决不承担重力荷载问题。组合构件也比较多用。包括压型钢板与混凝土的组合楼板、钢梁与混凝土楼板的组合梁等。钢筋混凝土结构中，当某部位受力很复杂而不好布置钢筋时，也会用钢板代替钢筋通过栓钉与混凝土构成组合结构，为了提高钢筋混凝土柱的轴向承压力而在其内设置钢管混凝土芯柱等。5.节点形式和构造趋于复杂由于结构复杂，而且往往使用不同材料的构件，再加上建筑设计要求的提高，使节点变得越来越复杂。特点之一是，相交于同一节点的构件数量较多，而且往往是不同材料的构件；特点之二是，由于结构设计控制整体工作状态的需要而规定节点的工作性能，如刚接、铰接或滑动等；特点之三是，设计中考虑使用或美观的需要而对节点的外形有所限定，使节点设计受到相当的约束。上述的特点加上节点设计必须遵循的原则造成节点设计的难度增大。电梯配置调研和分析电梯配置调研和分析（一）案例研究：1.超高层写字楼电梯可分成以下几类：（1）高区办公专用电梯（2）中区办公专用电梯（3）低区办公专用电梯（4）消防电梯（兼货运电梯或VIP电梯）（5）地下室短程接驳电梯2.电梯的配置标准：电梯的配置是衡量写字楼等级的硬性指标之一，直接关系到入驻客户的办公效率和对写字楼的满意程度。与电梯配置有关的因素包括：建筑种类及用途、电梯服务楼层数、楼层高度、电梯的行程、入口楼层、每层人数。电梯配置的甲级评价标准：每部电梯服务的办公面积约5000平方米（或3层/台），平均候梯时间约40秒钟，电梯5分钟载客率在11%—15%之间。平均候梯时间和5分钟载客率是最重要的两个参数。办公建筑的电梯主要是满足上行高峰，一般来说，如果能够满足上行高峰，那么就具备午餐时间和下行高峰1.2到1.8倍的处理能力。3.调研中国部分城市大厦电梯配置情况如下表：•1.超高层写字楼电梯可分成以下几类：•（1）高区办公专用电梯•（2）中区办公专用电梯•（3）低区办公专用电梯•（4）消防电梯（兼货运电梯或VIP电梯）•（5）地下室短程接驳电梯•2.电梯的配置标准：•电梯的配置是衡量写字楼等级的硬性指标之一，直接关系到入驻客户的办公效率和对写字楼的满意程度。与电梯配置有关的因素包括：建筑种类及用途、电梯服务楼层数、楼层高度、电梯的行程、入口楼层、每层人数。•电梯配置的甲级评价标准：每部电梯服务的办公面积约5000平方米（或3层/台），平均候梯时间约40秒钟，电梯5分钟载客率在11%—15%之间。平均候梯时间和5分钟载客率是最重要的两个参数。•办公建筑的电梯主要是满足上行高峰，一般来说，如果能够满足上行高峰，那么就具备午餐时间和下行高峰1.2到1.8倍的处理能力。建筑名称地点高度/层数平面形状建成年电梯/扶梯（台）最高速度（m/s）电梯制造商1金茂大厦上海420/88方形199861/189.0三菱2地王大厦深圳325/81矩形199657/125.0三菱3中信广场广州322/80方形199751/126.0日立4赛格广场深圳292/72八角形199816/167.0奥的斯三菱5上海交银金融大厦上海230/55直角梯形199823/45.0三菱6世界贸易广场武汉229/58方形199817/266.0奥的斯7上海浦东国际金融大厦上海226/56弧形199825/76.0三菱8恒隆广场上海288/63弧形200037/297.0迅达9荣超经贸中心深圳216/52方形2006176.0奥的斯10中航广场深圳221/48橄榄形200922/47.0奥的斯11深交所广场深圳243/47方形2010489.0奥的斯12长沙泰贞广场长沙210不规则矩形201022待定待定调研中国部分城市大厦电梯配置情况如下表：•案例分析：•综合以上案例电梯数据及技术状况，我们可以得到以下几方面的结论：•1.OTIS、迅达、蒂森、通力、三菱为全球电梯行业五强企业，以北京为例，北京甲级写字楼配备电梯的品牌多集中在三菱（Mitsubishi）、奥的斯（Otis）、日立（Hitachi）、迅达(Schindler)、富士达（Fujitec）、蒂森克虏伯（ThyssenKrupp）、通力（Kone）等进口品牌。日本三菱、美国奥的斯和日本日立三大品牌占据了整个市场的2/3。从目前几大厂商的情况来看，安装质量决定了电梯运行质量，由于所有电梯企业的安装都属于分包性质，所以选择合作伙伴非常关键。•2.目前主流电梯采用VVVF或永磁同步技术。进口电梯的任何品牌都是全球采购，其钣金部分基本都是国产，包括轿厢、轿厢门等，如原产三菱其轿箱都是在上海三菱生产；进口的只有轨道、电引机