超高層建筑混凝土框架核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)幾點(diǎn)方案

唐琳恒

（黑龍江省光大建筑工程公司，黑龍江 哈爾濱150001）

1 工程概況

某廣場(chǎng)地處繁華地帶，是集商業(yè)、辦公、酒店式公寓等多項(xiàng)功能的建筑復(fù)合體，地下5 層、地上42 層（以及出屋面水箱間、構(gòu)架等），主樓地上1 層至6 層為商業(yè)、 餐飲；7 層至14 層、16 層至23 層用于辦公；15 層、25 層為避難層；24 層為空中會(huì)所；26 層至42 層為項(xiàng)級(jí)酒店式公寓，房屋高度160m。 地下5 層主要用于機(jī)械式停車及設(shè)備機(jī)房，高度20.2m。屋面上有鋼構(gòu)架圍護(hù)造型。裙房地上6 層（局部7 層），裙房屋頂標(biāo)高為40.700m。 本工程采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)， 在地面以上主樓、裙房之間設(shè)置縫寬200mm 的抗震縫。

2 地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

擬建的工程場(chǎng)地地形平坦，為人工開(kāi)挖的基坑。 場(chǎng)區(qū)地貌形態(tài)類型單一，巖石種類單一，巖脈發(fā)育，巖體強(qiáng)度較高；場(chǎng)區(qū)賦存地下水，主要為基巖裂隙水，根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果判定，在強(qiáng)透水層和干濕交替的條件下，按最不利因素考慮，擬建場(chǎng)區(qū)地下水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋具有弱腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)的基本參數(shù)

結(jié)構(gòu)分析基本參數(shù)為基本風(fēng)壓：0.7 kn／m （主樓，100 年一遇考慮）、0.6kn／m （裙房，50 年一遇考慮），地面粗糙度：b 類，特征周期：0.4s，地震荷載：6 度（0.05） ；場(chǎng)地類別：ii 類；地震分組：二組；抗震等級(jí)：框架2 級(jí)（裙房及主樓地下2 層～地下5 層為3 級(jí)），簡(jiǎn)體2 級(jí)（主樓地下2 層～地下5 層為3 級(jí)），主樓加強(qiáng)層及上下各1 層框架、核心筒取1 級(jí)；結(jié)構(gòu)阻尼比：取0.04。

3.2 計(jì)算分析及特點(diǎn)

本工程主要采用 “高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件-satwe”進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析。 計(jì)算表明為風(fēng)荷載起控制作用，結(jié)構(gòu)位移控制指標(biāo)按222m 取用即為1／584。 本工程主樓標(biāo)準(zhǔn)層建筑寬27.5m、內(nèi)筒寬9.5m、長(zhǎng)31.5m，外柱至內(nèi)筒最遠(yuǎn)距離12.8m、最近8.8m。 采用型鋼混凝土框架，鋼筋混凝土簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)，即：主塔采用混凝土簡(jiǎn)體（考慮構(gòu)造及延性在角部等內(nèi)置h 型鋼骨，不參與計(jì)算），十字形鋼管混凝土芯柱，型鋼混凝土梁（辦公部分次梁采用混凝土梁）。 工程高寬比h=6.6＜7，內(nèi)筒寬為總高的1／19。 內(nèi)筒高寬比遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范建議1／12，是本工程的最大特點(diǎn)。 為此綜合分析了不設(shè)加強(qiáng)層、設(shè)加強(qiáng)層（伸臂桁架方案）、設(shè)加強(qiáng)層（剛性墻方案）等幾種方案，分析計(jì)算表明需設(shè)置加強(qiáng)層以提高整體剛度。 計(jì)算過(guò)程中調(diào)整了墻肢及梁柱截面，為便于設(shè)備管線通過(guò)（工程兩個(gè)6m 層高的加強(qiáng)層同時(shí)也是設(shè)備層、避難層，設(shè)置了大體積混凝土水箱、電力機(jī)房），確定了伸臂桁架的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)方案。

3.3 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的事項(xiàng)

1）由于下部以商業(yè)、辦公為主，上部以公寓為主，綜合考慮周期折減系數(shù)取0.8，以±0.00m 作為嵌固端（經(jīng)樓層剪切剛度比較現(xiàn)有建筑條件可以滿足此結(jié)論）。

2）核心筒（26 層以下）短向兩端（⑩軸、⑩軸）壁厚800、其余壁厚500mm（除部分小隔墻200mm 厚），長(zhǎng)向（④軸、⑥軸）壁厚800mm，柱采用鋼管混凝土芯柱1500mm， 內(nèi)置十字形型鋼 （兩方向高均700mm，壁厚30mm），混凝土均為c60；核心筒（26 層及以上）短向兩端壁厚600mm、其余壁厚400mm（除部分小隔墻200mm 厚外），長(zhǎng)向壁厚800mm，柱采用鋼管混凝土芯柱фl300mm，內(nèi)置型鋼（兩方向高均為600mm，壁厚25mm），混凝土均為c50；鋼骨梁采用450mm×750mm及400mm×750mm， 內(nèi)置型鋼h450×250× 16×25 及h450×200× 16×20，鋼構(gòu)采用q345b；外框架鋼骨梁與鋼管混凝土芯柱剛接，連接外框柱與核心筒墻肢的鋼骨梁兩端剛接（為此對(duì)墻內(nèi)未設(shè)有鋼柱處采用內(nèi)置槽鋼與型鋼梁內(nèi)鋼梁連接，并考慮塑性鉸外移），次梁均為鉸接；伸臂桁架豎桿及斜腹桿采用鋼骨混凝土截面，內(nèi)置600×400×35 的鋼骨（計(jì)算時(shí)便于計(jì)算按純鋼構(gòu)，混凝土起耐久作用）。

3）核心筒外樓面采用鋼筋混凝土樓板，協(xié)調(diào)外圍鋼框架與核心筒在水平荷載作用下的變形。

4）主樓地下室長(zhǎng)約114m、寬約73.6m，±0.00 樓層考慮單向梁（間隔3m）方案、b2-b4 考慮了無(wú)梁樓蓋方案，b5 則考慮人防荷載。

5）由于風(fēng)荷載起控制作用，連梁剛度折減系數(shù)取0.8。

主要計(jì)算結(jié)果如下： t1=5.5s、t2=4.7s、t3=3.5s；風(fēng)荷載作用下的樓層層間位移角接近限值，同時(shí)考慮到抗震規(guī)范指出的多遇地震標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的樓層內(nèi)最大的彈性層間位移計(jì)算時(shí)，對(duì)彎曲變形為主的高層建筑可以扣除結(jié)構(gòu)整體彎曲變形，故計(jì)算結(jié)有一定的剛度余量保證。 伸臂桁架斜腹桿的強(qiáng)屈比自下而上約為：0.7、0.5、0.4， 豎桿的強(qiáng)屈比白下而上約為：0.39、0.36、0.2。

3.4 型鋼混凝土框架的應(yīng)用

本工程主要節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)需考慮型鋼梁和混凝土墻內(nèi)置鋼骨連接時(shí)鋼筋的布置， 為此與鋼構(gòu)加工單位溝通， 采用十字柱和鋼骨梁節(jié)點(diǎn)，加快施工進(jìn)度。 此外， 由于采用型鋼混凝土框架而非鋼框架，施工時(shí)不能使得混凝土簡(jiǎn)體施工和外圍框架施工進(jìn)度差別較大。

由于采用的混凝土等級(jí)較高， 設(shè)計(jì)提出建議采用含堿量＜0.6%的低堿水泥。 鋼結(jié)構(gòu)焊接分為兩類，其中手工電弧焊要求采用e5015 或e5016 低氫型焊條，焊條應(yīng)符合《低合金鋼焊條》（gb／t 5118）的規(guī)定。埋弧焊：="" 焊絲和焊劑采用f5014-h08mna 或f5014-h10mn2，應(yīng)符合《埋弧焊用低合金鋼焊絲和焊劑》（gb／t12470-2003）的規(guī)定。 采用其它牌號(hào)時(shí)，熔敷金屬?gòu)?qiáng)度、延伸率、沖擊功等均應(yīng)與q345b 相匹配，并經(jīng)設(shè)計(jì)確認(rèn)。 當(dāng)采用CO2="" 氣體保護(hù)焊時(shí)，CO2應(yīng)符合《焊接用二氧化碳》（hg／t2537）的規(guī)定：CO2含量應(yīng)不低于99.9%，水蒸汽與乙醇總含量不得高于0.005%="" ， 并不得檢出液態(tài)水， 當(dāng)瓶?jī)?nèi)氣壓低于1mpa時(shí)，應(yīng)停止使用。 CO2焊接用焊絲采用er50—3，應(yīng)符合《氣體保護(hù)電弧焊用碳鋼，低合金鋼焊絲》（gb／t="" 8110）的規(guī)定。 對(duì)厚度≥10mm 鋼板的拼接（全熔透焊縫），鋼柱與鋼梁上、下翼緣的全熔透焊縫，十字形柱、工字形柱在鋼梁及其上、下各600mm 范圍內(nèi)的組合焊縫（全熔透焊縫），桁架與鋼柱連接的全熔透焊縫，十字形柱、工字形柱橫向加勁板與翼緣的全熔透焊縫，十字形柱、工字形柱翼緣安裝焊縫（全熔透焊縫）要求焊縫質(zhì)量達(dá)到一級(jí)；工字形柱腹板的安裝焊縫（v 形坡口加墊板），十字柱腹板安裝焊縫（k 形坡口，反面清根焊），十字形柱腹板與翼緣的組合焊縫，十字形柱腹板與腹板的組合焊縫（一級(jí)焊縫除外，k形坡口，反面清根焊）要求焊縫質(zhì)量達(dá)n 二級(jí)；貼角焊縫均為三級(jí)焊縫。鋼骨柱的分段基本以3 層1 段考慮。鋼骨梁根據(jù)計(jì)算彎剪結(jié)果，采用手工復(fù)核（包括地震組合和非地震組合）。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)高度較高或高寬比較大的高層建筑可采用一個(gè)或多個(gè)加強(qiáng)層以提高結(jié)構(gòu)整體剛度。 混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮施工因素，注意節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與內(nèi)置鋼骨的施工質(zhì)量。