高層框架一核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計探析

趙毅

摘要：現(xiàn)對已建成的山西省長治市新聞大樓建設(shè)指揮部新聞大樓（主樓部分一塔1）的結(jié)構(gòu)設(shè)計來展開討論。因為它是框架-核心筒結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)一般為商務(wù)用樓，以前在長治來說建的比較少，且體量也大高度高。但近年來這種建筑結(jié)構(gòu)有了廣泛的應(yīng)用，故對本工程的框架、核心筒部分的內(nèi)容進行分析。以供同仁參考。

關(guān)鍵詞：高層框架一核心筒結(jié)構(gòu)；框架；剪力墻；核心筒；框筒

中圖分類號：TU973.17 ITU973.31 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674—3024（2017）06—0130—02

1工程概況

本工程位于山西省長治市郊區(qū)北寨，建筑物塔1的建筑面積為17619m2，平面軸線尺寸為25.20m×25.20m，中間為8.40m×12.00m核心筒，核心筒內(nèi)布置有4部電梯和一部剪刀步行樓梯。地下1層，地面以上23層，局部24層?；A(chǔ)底板面標(biāo)高為8.10m，建筑高度為93.60m，局部97.70m。其中地下一層為設(shè)備用房，首層～23層為廣播電視設(shè)備及辦公用房，地下室層高為5.00m，1～4層層高為4.50m，5～22層層高為3.90m，23層層高為3.98m，24層層高為4.10m。本工程結(jié)構(gòu)體系為框架一核心筒結(jié)構(gòu)體系，框架柱采用高強度混凝土柱，核心筒剪力墻采用變截面厚度落到基礎(chǔ)，樓層為梁板結(jié)構(gòu)?？拐鹪O(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度為0.10g；設(shè)計地震作用分組為二組，場地土類別為Ⅲ類。結(jié)構(gòu)抗震等級為：①框架為二級；②剪力墻為二級?；撅L(fēng)壓按地方相關(guān)規(guī)定，取值為0.50kN/m2，超過60m時基本風(fēng)壓乘以1.1的系數(shù)，由于建筑物四周平坦空曠房屋稀疏，故地面粗糙度取為B類。

2主體結(jié)構(gòu)分析計算

采用中國建筑科學(xué)研究院研發(fā)的PKPM軟件SATWE進行計算，并以PMSAP計算軟件作為計算對比。經(jīng)過對比，二者計算結(jié)果相近，說明計算結(jié)果可靠。通過計算結(jié)果以及結(jié)構(gòu)布置可知：（1）周期為考慮偶然偏心影響下第一周期Y向平動2.3386，第二周期平動x向2.0455，第三扭轉(zhuǎn)1.6976，周期比小于0.9滿足規(guī)范要求，。（2）層間剛度在樓層4～5層層高變化處經(jīng)過核心筒墻厚，柱截面，混凝土強度調(diào)整，沒有出現(xiàn)薄弱層，且樓層抗剪承載力比值最小為0.93。結(jié)構(gòu)豎向布置滿足要求。（3）位移在地震作用下最大為1/1534風(fēng)荷載作用下為1/1845，位移比最大為1.38（X方向最大位移與層平均位移的比值達1.38）。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JCJ3-2010）3.4.5規(guī)定，屬于一般不規(guī)則。綜上所述，本工程結(jié)構(gòu)布置安全合理。

3建筑物地基與基礎(chǔ)

本工程采用樁筏基礎(chǔ)，場地土類別為Ⅲ類，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級。樁為摩擦灌注樁，樁底進入第六層為以灰綠，灰紅等雜色的粘土（Q1），fak≥400kPa。筏板板厚為2000mm。因本人未參與基礎(chǔ)設(shè)計此處只做簡單介紹。

4主要部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1核心筒剪力墻設(shè)計

本工程平面軸線尺寸為25.20m×25.20m，核心筒為8.40m×12.00m，貫通建筑物全高，且筒體寬度滿足規(guī)范要求的不宜小于筒體總高的1/12。由于核心筒作為主要抗側(cè)豎向構(gòu)件，故墻體底部加強部位的配筋率、邊緣構(gòu)件的設(shè)置比一般剪力墻結(jié)構(gòu)更高的要求。布置如下：（1）九層以下核心筒厚度450mm，局部250mm；九層以上核心筒厚度350mm，局部200mm。（2）底部加強部位從基礎(chǔ)到3層。且墻體的水平和豎向分布配筋的配筋率為0.3%，約束邊緣構(gòu)件范圍內(nèi)主要采用箍筋。（3）混凝土等級，九層以下為C50高強度混凝土，其余的按照每5層下降一個強度等級，直到下降到C30為止不再降低。

4.2框架柱設(shè)計

本工程共有12根框架柱，柱距較大，不同于框筒結(jié)構(gòu)的密柱結(jié)構(gòu)，可以形成兩道抗側(cè)向水平力的主體。在本結(jié)構(gòu)中大部分水平剪力和大部分的傾覆彎矩由核心筒承擔(dān)，框架柱所受剪力遠小于框架結(jié)構(gòu)中的柱剪力，剪跨比明顯增大，因此其軸壓比限值可比框架結(jié)構(gòu)適當(dāng)放松。但由于核心筒的重要作用，一旦發(fā)生破壞，后果比較嚴重！故規(guī)范要求在抗震設(shè)計中為了能讓稀柱框架有足夠的承載力潛力而起到二道防線的作用，通常要求稀柱框架承擔(dān)的地震剪力不宜過小，比如大于15%，然后按照規(guī)范要求做框架內(nèi)力調(diào)整，這其實就要求柱截面的面積率不能過小。從而引起設(shè)計上主要的兩個難點：由于建筑功能需要，柱的間距為8.40m，柱截面較大為950mm×950mm。也是建筑功能需要，首層柱截面不宜過大，導(dǎo)致首層軸壓比過大，超出規(guī)范要求。針對上述兩難點以及綜合考慮其它因素，本工程框架柱采取以下措施應(yīng)對：（1）準(zhǔn)確計算建筑各部荷載，例如墻體荷載、衛(wèi)生間回填荷載、裝修荷載。（2）采用C50高強度混凝土，在截面符合建筑要求前提下，盡量減小柱軸壓比。（3）柱箍筋采取矩形復(fù)合箍，箍筋直徑φ12或以上的鋼筋，肢距不大于200mm，間距不大于100mm，并且全高加密。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010），柱軸壓比可比一般要求增加0.10。（4）適當(dāng)增加柱縱筋配筋面積，增加柱剛度，減少側(cè)向剛度比和增加本層受剪承載力。（5）由于柱位于結(jié)構(gòu)四周，荷載較小，抗剪容易滿足，但彎矩很大。為了保證結(jié)構(gòu)安全，本工程采取了SATWE和PMSAP兩種軟件分別計算，采取包絡(luò)設(shè)計，并在計算結(jié)果上擴大1.4倍配筋面積。

通過上述核心筒墻體和框架柱及混凝土強度的調(diào)整，使墻、柱軸壓比、層間側(cè)向剛度比和層間受剪承載力之比均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4.3框架梁、樓板設(shè)計

本工程結(jié)構(gòu)為梁板式結(jié)構(gòu)?；静贾萌缦拢海?）按照建筑要求，外圍柱與柱之間的框架梁高度和窗頂一致，均為720mm高，配筋均能滿足要求。但柱與核心筒之間的框架梁由于墻體剛度大，且剪力墻位于結(jié)構(gòu)中部，受力較大，加上中部變形差，導(dǎo)致有四根和核心筒相連的框架梁剪力過大從而使梁的截面過高，配筋過大，為了不影響建筑的使用改為寬扁梁500mm×650mm，經(jīng)過結(jié)構(gòu)計算復(fù)核，梁高度滿足需要。（2）樓板板厚在地下室頂設(shè)置為180mm，并雙層雙向布置樓板配筋為雙層雙向φ10@150。樓層在層高4.50M變3.90的樓層樓板也適當(dāng)加強，具體措施為：增加板厚到150，配筋也雙層雙向設(shè)置板筋。23～24層屋面的樓板厚也做成120mm厚，配筋也雙層雙向設(shè)置板筋。另按規(guī)范要求在樓蓋外角也設(shè)置了雙層雙向鋼筋以保證樓板剛度，保證水平力可靠傳遞。（3）由于本工程樓層較高，樓層中部由地震和風(fēng)荷載引起的剪力將會相當(dāng)可觀。建筑功能不允許增加梁截面。為了抗剪，框架梁板在12層以下混凝土標(biāo)號為C35，以上為C30。（4）由于本工程位于長治市郊區(qū)，地勢空曠，考慮建筑多功能，屋面活荷載取2.0。屋面梁板配筋相應(yīng)增大。

4.4核心筒連梁設(shè)計

在核心筒中的連梁是進行墻肢與墻肢連接的梁，它對于整個建筑物的受力具有很大的影響。在設(shè)計中一定要對其進行合理的設(shè)計，嚴格按照有關(guān)規(guī)定，適當(dāng)?shù)臏p少連梁的結(jié)構(gòu)剛度和高度，并且還要適當(dāng)?shù)脑黾悠淇缍?，從而降低結(jié)構(gòu)的剛度，緩解地震對核心筒剪力墻的影響。核心筒連梁的受剪截面應(yīng)符合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第9.3.6條的要求，其構(gòu)造設(shè)計應(yīng)符合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第9.3.7、9.3.8條的有關(guān)規(guī)定。本工程開始設(shè)計時由于建筑功能的分隔有一根大梁作用在墻體的連梁上，考慮到連梁在此的重要性及時進行了調(diào)整，避開的連梁的位置。這就是本次設(shè)計的大概情況。以上結(jié)構(gòu)設(shè)計，在結(jié)構(gòu)布置方面，盡量滿足建筑要求及建筑功能和外立面。本文篇幅有限，不一一敘述。

5結(jié)語

上述通過對本工程結(jié)構(gòu)布置的介紹，對高層框架一核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計中的剪力墻、鋼筋混凝土柱、混凝土梁及連梁設(shè)計等做了分析討論。希望能給設(shè)計同行們在日后的工作中提供一點有用的參考。