厦门帝景苑超高层住宅建筑全钢结构的应用(共17页).doc

厦门帝景苑超高层住宅建筑全钢结构的应用杨建民【摘要】：随着现代经济的不断发展，钢结构工程以其施工速度快、周期短、强度高、便于预制、安装、适用高层大跨度等的优越性已在工程领域广泛应用在此，作者就全钢结构现代建筑在厦门帝景苑工程中的应用进行简述，阐述了全钢结构工程在高层建筑物上应用的优点、钢结构应用现状及存在问题，提出了钢结构在高层建筑物上应用的发展方向关键词】：高层建筑 全钢结构 新技术 屈曲支撑 粘滞阻尼器 应用 1．高层建筑全钢结构的优点、应用现状及现存问题 近几十年来，由于钢材品种的增加、制造方法的改善、新结构形式的采用、计算方法和设计理论的发展，使得钢结构在工业与民用建筑、桥梁以及其他工程结构中得到了广泛的应用高层钢结构在建筑领域的优势越来越被市场所认同和青睐，为我国钢结构产业的发展注入了活力，这不仅要得益于科技的发展，还要归功于钢结构本身的优越性，钢结构同传统的钢筋混凝土结构相比主要有很多优点，特别是全钢结构的优点尤其明显1.1 高层建筑全钢结构的优点全钢结构与其它结构相比，在使用功能、设计、施工、以及综合经济方面都具有明显优势，在住宅建筑中应用全钢结构的优势主要体现在以下几个方面：1.1.1 能够减少建筑中结构所占的面积针对建于地震区30层～60层的钢筋混凝土结构的高层建筑，其柱截面尺寸常取决于轴压比限值，达到1.8 m×1.8 m～2.0 m×2.0 m，核心筒在底部的壁厚将达0.6 m～0.8 m，以满足结构侧向刚度和层间位移的要求，此两项结构面积约为建筑楼层面积的7％。

如果采用全钢结构，柱截面将大大减少，核芯筒采用钢柱及钢支撑时，包括外侧的装修做法，其厚度仍比筒壁厚度薄很多，相应的结构面积一般约为建筑面积的3％ ，比钢筋混凝土结构可减少约4％全钢结构住宅比传统建筑能更好的满足建筑上大开间灵活分隔的要求，并可通过减少柱的截面面积和使用轻质墙板，提高面积使用率，户内有效使用面积提高约6％对业主来讲，将带来不少的经济效益1.1.2 能够减轻结构自重，降低基础工程造价一般钢筋混凝土框剪结构的高层建筑，当外墙采用玻璃幕墙或铝合金幕墙板，内墙采用轻质隔墙时，包括楼面活荷载在内的上部建筑结构全部重力荷载约为15kN／m2～17kN／m2，其中梁、板、柱及剪力墙等结构的自重约为10kN／m2～12kN／m2相同条件下如果采用钢结构，全部重力荷载为10kN／m2～12kN／m2，其中：钢结构和混凝土楼板的结构自重约为5kN／m2～6kN／m2，可见，两类结构的结构自重的比例为2:1，全部重力荷载的比例约为1.5:1，相当于30层高的钢结构高层建筑上部重力荷载，可等同于20层高的钢筋混凝土结构高层建筑据有关计算，在建筑上部使用的高层钢结构的工程总投资与钢筋混凝土结构的工程总投资差价约为5%～ 10%。

荷载值的很大差异，决定了基础荷载必然减轻，基础技术处理难度及工程造价将大大减小 全钢结构建筑总重轻，钢结构住宅体系自重轻，约为混凝土结构的一半，可以大大减少基础造价1.1.3 具有优良的抗震性，提高住宅的安全性将钢结构体系用于住宅建筑可充分发挥钢结构的延性好、塑性变形能力强，具有优良的抗震抗风性能，大大提高了住宅的安全可靠性尤其在遭遇地震、台风灾害的情况下，能够避免建筑物的倒塌性破坏如95年的日本阪神大地震中，99年的台湾大地震中未倒塌的几乎全部为H型钢制作的钢结构建筑物1.1.4 综合造价低 仅仅就造价看，钢结构住宅似乎是高了些，但是综合了建筑的全部生命周期、钢结构住宅的节能、环保等效益，再加上钢结构建筑的材料基本可以永远循环利用的话，钢结构住宅的造价也就不高1.1.5 施工便捷工期短钢结构的施工特点是钢构件在工厂制作，在现场安装在安装时，不需搭设大量的脚手架，同时采用压型钢板可作为混凝土楼板的永久性模板，无需另行支设模板，而且混凝土楼板的施工可与钢结构安装交叉进行，实践证明，钢结构的施工速度比钢筋混凝土结构快20％～30％，相应的施工周期将大大缩短，工期比传统住宅体系至少缩短三分之一，施工速度快，加快资金周转，大大提高投资效益。

1.1.6 节能效果好内墙墙体采用轻型节能标准化预制墙板，保温性能好，节能50％，每户每m2可节约取暖纳凉费用18元帝景苑项目超高层建筑样板房精装修，采用香港利澳建材属下机构福建某轻质隔音板制造厂生产的轻质隔音板做室内隔墙材料，该材料规格为2440×610×90（mm），重量60±5（kg/m），具有薄体、轻质、防火、隔热、隔音、抗震的性能1.1.7 环保效果好 所有住宅都有一定的使用寿命，一般钢筋砼结构的住宅拆除的原材料无法再利用，而且会产生大量垃圾污染环境钢结构住宅施工时大大减少了砂、石、灰的用量，所用的材料主要是绿色，可回收或降解的材料，在建筑物拆除时，大部分材料可以再生或降解，不会造成很多垃圾1.1.8 建筑风格灵活、丰实 大开间设计，户内空间可多方案分割，满足用户的不同需求帝景苑项目超高层建筑首层中间大厅层高为15.2m，面积约324m2；户型面积在300～1700m2之间1.1.9 符合住宅产业化和可持续发展的要求钢结构适宜工厂大批量生产，工业化程度高，并且能将节能、防水、隔热、门窗等先进成品集合于一体，成套应用，将设计、生产、施工一体化，提高住宅产业的水平帝景苑项目钢柱、钢梁、剪力墙钢板均为厂家加工制作，大型拖车运输至工地。

1.2 钢结构应用现状 由于钢结构具有以上优点，目前世界上绝大多数的高层及超高层建筑均为钢结构体系：如1970年建成的110层、高443m的美国芝加哥西尔斯大厦；1996年建成的高450m的马来西亚双塔石油大厦；塔高646.38米的波兰华尔扎那电视塔；被称为“世界第一高楼”的“迪拜塔”，“迪拜塔”始建于2004年，2010年1月4日正式落成，塔高828米，楼层总数162层我国由于经济和技术的原因，80年代之前没有兴建一幢高层钢结构建筑1985年以后，由于外资工程的兴建，建筑用钢材的发展，高层钢结构建筑开始在我国出现到1990年底，在上海、北京、深圳建成了1l瞳高层钢结构建筑，京广中心是这个时期最高的结构(共57层，高208m)此后，随着我国的改革开放和经济的不断发展，我国的钢材年产量已连续多年超过1×108t，成为世界上钢产量最多的国家，钢材产量的增长为发展我国的钢结构建筑事业创造了良好的时机自1993年开始，我国形成了新的高层建筑钢结构建设离潮特别是随着上海浦东开发区的建设，上海高层建筑钢结构的发展尤其迅速，成为我国高层钢结构建设最集中的地方位于上海浦东新区陆家嘴的上海环球金融中心2008年8月29日竣工，楼高492m，地上101层，地下3层；东方明珠广播电视塔是上海的标志性文化景观之一，位于浦东新区，塔高约468m，于1991年7月兴建，1995年5月投入使用；上海中心大厦，项目面积m2，为118层，总高为632m，为580m，机动车停车位布置在地下，可停放2000辆，2008年11月29日开工建设，2016年3月12日建筑总体正式全部完工。

上述3座建筑，己经成为上海的标志性超高层建筑，并使我国的高层钢结构建筑进入世界前列近几年，厦门的钢结构建筑也得到了突飞猛进的发展2010年5月28日开工建设、2015年10月交付使用的厦门世茂海峡大厦，是厦门第二高楼，由两栋300m的超高层（总高度300m）主体建筑及裙楼组成，其中地上27万m2，地下7.28万m2，包含酒店、办公和SOHO等业态；2010年开始正式建设、预计于2017年9月份竣工的福建第一高楼—厦门国际中心，总建筑面积约18.56万m2，建筑高度339.88m，地下4层，地上61层这两座建筑，将成为厦门市鹭江道及环岛路上崭新的厦门地标建筑可以说，近十几年来建筑钢结构在中国处于建国以来最好的一个发展时期，随着经济建设发展的需要，钢结构作为一种理想的建筑结构，将在2l世纪中国的建筑工程中发挥出独特的和不可替代的作用1.3 全钢结构工程存在的主要问题 虽然全钢结构目前发展较快、应用较多，但是也存在着一魑问题，例如：1.3.1全钢构总体造价较高短期来看，造价比钢筋砼结构相对来说要高一些帝景苑项目钢柱最大截面尺寸为口2500×2500×80，钢板最厚达80mm；钢梁最大规格为H2550×1000×30×60。

由于钢柱截面尺寸较大，总用钢量大，导致总造价较钢筋砼结构高1.3.2 钢结构耐火性能差钢材耐热而不耐高温钢结构在火灾的情况下，构件温度迅速上升，钢材的屈服强度和弹性模量随温度上升而急剧下降当结构温度达到350℃及500℃时，其强度可分别下降30％～50％至600℃时结构完全丧失承载能力，变形急剧增大，导致结构倒塌因此，规范要求喷涂防火涂料进行保护帝景苑项目设计防火极限为3小时，采用厚涂型钢结构防火涂料，设计厚度钢柱为23mm，钢梁为14～15mm1.2.3 钢材易于锈蚀，应采取防护措施 钢材在潮湿环境中，特别是处于有腐蚀介质的环境中容易锈蚀，必须刷防腐涂料或镀锌，而且在使用期间还应定期维护帝景苑项目暴露在室外钢构防腐保护层设计总厚度为280um，室内钢构防腐保护层设计总厚度为200um 2. 厦门帝景苑超高层住宅建筑全钢结构的应用厦门帝景苑工程，位于福建省厦门市湖滨南路与湖滨西路交界处，北临筼筜湖，南临主干道湖滨南路，西侧为湖滨西路，东侧紧邻音乐岛酒店与电力大厦，是中国第一个全钢构超高层住宅建筑群，由1#～5#超高层住宅楼及6#、7#配套群楼和两个整体地下室组成项目总用地面积54286.697m2，总建筑面积.25m2，用钢量约600kg/m3，总钢量约37万吨。

其中，一期工程为1#～3#楼、6#楼地下室及上部工程，由1#～3#超高层住宅楼及6#会所和整体地下室组成；二期工程为４#～５#楼、７#楼地下室及上部工程，由4#～5#超高层住宅楼及7#会所和整体地下室组成两个整体地下室均为地下四层；地上超高层均为62层，建筑高度 247.8m，采用矩形钢管混凝土柱框架-钢支撑结构内支撑系统；群楼为商业用房，建筑高度21.37m—23.2m,采用钢结构帝景苑效果图 帝景苑1#、2#、3#楼 6#楼钢结构局部2.1 钢结构设计本工程1、2、４、５#楼为矩形钢管砼柱框架—钢板砼剪力墙结构，楼盖采用型钢梁和钢筋砼现浇板组合楼板，3#楼为矩形钢管混凝土柱框架-钢支撑结构；6、７#楼为钢框架结构，楼盖采用型钢梁和钢筋砼现浇板组合楼板工程钢结构部分主要由钢柱、钢梁、钢板剪力墙组成其中，钢柱有目字型钢柱、日字型钢柱和箱型钢柱三种，Q390GJC，最大截面尺寸为口2500×2500×80，钢板最厚达80mm；钢梁主要为热轧H型钢和焊接H型钢，材质为Q390GJC、Q345GJC和Q345B，最大规格为H2550×1000×30×60；剪力墙钢板材质为Q345B，最厚达45mm。

3#楼钢板剪力墙局部 2#楼钢结构上部2.2 钢结构深化设计技术 钢结构深化由分包单位在设计院确认的施工蓝图上进行深化，深化后的图纸由设计院审核确认后投入使用深化后的图纸使制作简单明确，减少了材料浪费；使现场安装实现了建筑装配化，加快了工程进度，确保了后续工序同步施工深化设计在节约、环保、降低成本、确保工程质量、进度与安全等方面起到了重要作用2.3 高强度厚板钢材的应用 高强度厚板在本工程中得到了普遍应用，本工程低合金高强度钢有Q345、Q390等，超高层建筑结构用钢有Q345GJ、Q345GJZ等，钢柱材质为Q390GJC，钢板最厚达80m。