1、工程概况

福州升龙环球大厦项目位于福州市江滨大道以北，闽江北岸中央商务区B7地块，临近闽江，用地面积14400㎡，塔楼建筑面积11.5万㎡，裙房建筑面积4.7万㎡，总建筑面积约16.2万㎡。本项目包括1幢55层的办公塔楼和3层高的商业裙房。塔楼主要屋顶高度249.6m，女儿墙顶高约280m。设有3层地下室，地下室基础筏板顶标高-14.1m，地下层主要作为停车用途，同时也布置一些商业、机电和卸货区。本项目计划于2014年竣工，建成后将成为福州第一高楼和该市的地标性建筑，通过对建筑空间及功能要求的分析，决定选用框架-核心筒结构作为该建筑的结构体系。标准层平面为正方形，边长为45m，整体高宽比为249.645＝ 5.55。首层核心筒尺寸为23.7m×22.95m，筒体高宽比为249.623.7=10.53，249.622.95=10.87。本项目建筑方案设计由美国SOM承担，结构设计由笔者所在设计公司承担。

2、设计条件

2.1 自然条件 基本风压w0=0.70kN㎡（n=50年），承载力设计时按50年重现期基本风压的 1.1倍采用，地面粗糙度B类。本地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度 为0.10g，设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅲ类。结构设计使用年限为50年。

2.2 主要结构材料 核心筒体混凝土为C30～C60，梁板混 凝土为C30；钢筋采用HPB300、HRB335、 HRB400；钢材采用Q235-B、Q345-B钢材；焊条采用E43型或E50型焊条。

2.3建筑分类等级 建筑结构安全等级为二级，结构抗震设防类别 为乙类；基础安全等级为二级，基础设计等级为甲级；抗震等级框架为一级，核心筒为特一级。

3、结构方案选型

本项目塔楼设计高度达到280m，超过了JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》规定的B级高度，属于典型的超高层建筑结构。根据结构受力特点，采用混凝土结构方案和混合结构方案均满足规范要求。本文针对两种结构方案展开对比分析，通过计算结果和以往的工程经验，比较两种结构方案在力学性能、成本造价、施工的可行性和综合效益等方面的优劣性。

3.1混凝土结构方案

由于结构层数较多而柱距较大，外框架柱承受 了较大的竖向荷载，如果单纯采用钢筋混凝土柱，则需要较大的截面，将占用较多的建筑空间并影响建筑美观。本方案结构外框柱下部采用型钢混凝土柱、上部采用钢筋混凝土柱，楼面梁采用钢筋混凝土梁，筒体采用钢筋混凝土材料，称之为混凝土结构方案。

本项目的型钢混凝土柱中型钢由1个 H型钢和2个T型钢 拼焊成的十字形截面，型钢混凝土柱与钢筋混凝土柱相比较，型钢骨架与外包钢 筋混凝土形成整体共同受力，在承载力相同情况下，较钢筋混凝土柱截面面积可减小12~13，构件延性好。与钢柱相比较，具有节约钢材、防火及防锈性较好的特点。 楼盖采用钢筋混凝土梁板的结构方案，整体结构表现为“钢筋混凝土核心筒+外框架柱+钢筋混凝土梁”结构形式。 钢筋混凝土方案采用现浇钢筋混凝土梁板体系，与钢筋混凝土核心筒有良好的连接，有利于增强结构整体性。现浇式钢筋混凝土梁板系统可节约成本，特别是后期维护方便且成本低。

3.2 混合结构方案

混合结构方案为外框柱从底至顶采用钢管混凝土柱，楼面梁采用钢梁，筒体采用钢筋混凝土材料。钢管混凝土柱具有承载力高、延性好等优点，钢管内灌注混凝土避免了壁管的局部屈曲，而混凝土受三向约束，能够充分发挥材料的性能。钢管混凝土柱在防火、抗火和耐腐蚀方面均强于钢柱，由于不需要柱模，施工上钢管混凝土柱也较为方便。钢管混凝土框架柱除了能有效提高外框架的延性外，保证了结构第二道防线外，还能减小了柱截面尺寸，增加建筑空间。

混合结构方案采用组合梁、组合楼板形成重力结构楼板体系。组合楼盖体系能够充分发挥钢结构材料性能，在刚度要求相同的情况下显著减小截面高度，降低楼层结构高度，减轻结构自重和传给下部地基荷载。可以利用钢梁的刚度和承载力承担悬挂模板、混凝土板及施工荷载，无需设置支撑，极大加快施工速度。

由于核心筒与外框架之间的距离约13m，梁跨度比较大，采用组合梁可以在梁上开设洞，用于布置设备管线，以提供更多的建筑空间，组合梁所用钢梁可以采用蜂窝梁的形式以充分发挥钢梁的作用。由于风荷载较大，混合结构方案需要设置加强层，采用伸臂桁架增强核心筒和周边框架的共同作用。

4、结构计算指标及对比分析

4.1 主要构件对比

为保证两个方案的可比性按各方案楼面布置及计算参数基本一致的标准控制。由于本项目的计算指标为风荷载作用下位移角所控制，按照JGJ 3-2010《高层建筑混凝土结构技术 规程》，本项目风荷载作用下位移角限值为1500，型钢混凝土柱的轴压比限值为0.70，混凝土柱的轴压比限值为0.75，钢管混凝土柱的轴压比限值为0.70，核心筒的轴压比限值为0.5。

4.2楼层净空对比

在满足承载力和侧向刚度条件下，楼面主梁主 要尺寸如下：①混凝土结构方案楼面主梁高度总体控制在700mm，楼层层高4.5m，楼层主要净空3.8m； ②混合结构方案楼面主梁高度总体控制在500mm，楼层层高4.5m，楼面板厚度100mm，楼层主要净空3.9mm。由对比可知，混合结构方案相对于混凝土结 构方案能够提供更多的建筑空间，结构更简洁，如在控制结构高度的情况下，混合结构方案比混凝土结构方案可以多提供一层的使用空间。

4.3整体指标对比

两种结构方案的结构自振特性基本一致，由于混合结构方案楼面梁采用钢梁，对整个结构提供的抗侧刚度有限，因此核心筒墙体的厚度较混凝土结构方案大，为满足抗侧刚度要求，还需设置2道伸臂桁架才能满足规范要求。

4.4施工对比

两种结构方案均采用钢筋混凝土筒体，爬模施工，爬模自支撑于核心筒上，无需采用脚手架，施工速度快。混凝土结构方案则采用传统模板、钢筋、混凝土施工方式，施工速度为每5d一层。混合结构方案由于外框结构采用的钢管柱、钢梁均在工厂加工完毕后运至现场拼装，钢管柱施工时只需将混凝土浇筑至钢管中即可，不需要模板；楼盖系统的施工同样不需要模板，采用“钢梁+组合楼板”形式，钢构件在工厂加工，现场组装连接简单，外框结构的混凝土施工不需采用模板，施工速度较快，为每4d天一层。 4.5地基基础造价对比 混凝土结构方案结构重量为18.37万t，而混合 结构方案重量为16.30万t，相比前者减少了10%，本项目采用灌注桩，混凝土结构方案基础造价为 8000万，而混合结构方案基础造价为7200万。

5、结构选型

经过以上的对比分析，可以得到如下结论：

⑴在保持结构高度不变的情况下，混合结构方 案比混凝土结构方案可以多提供一层的使用空间。

⑵两种方案结构方案的各项结构设计指标都 能满足规范要求，但由于混合结构方案结构自重较轻，比混凝土结构方案偏柔，需设置2道伸臂桁架才可满足规范要求。

⑶混凝土结构方案比混合结构方案前期一次性投资的材料造价要低2680万元。

⑷每层的施工速度，混合结构方案比混凝土结构方案要快1d。 根据上述分析及本项目的特点，考虑经济性以及结构长期维护成本，对于高度280m的本项目采用混凝土结构方案。

6、结语

目前对于建筑高度在200~350m高的超高层建 筑，采用混凝土结构方案和混合结构方案，是建设方和设计方讨论的热点话题之一。对于建设方，其综合经济效益是他们首先考虑的问题，而设计方则更多地关注结构的安全性和合理性。超高层的结构方案选型，它涉及到投资的回收周期、施工的复杂程度、项目的管理等各个因素，需要建设方和设计方综合论证，共同分析比较才能找到适合本项目发展的最优结构方案。