框架—核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在高層建筑中的應(yīng)用

侯松

【摘要】高層建筑已經(jīng)成為當(dāng)今城市建筑的主要模式之一，對(duì)節(jié)約有限資源，實(shí)現(xiàn)空間合理配置具有重要意義。核心筒結(jié)合框架結(jié)構(gòu)為提升高層建筑的結(jié)構(gòu)性、功能性等發(fā)揮著重要作用，該結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)成為許多商用建筑的主要結(jié)構(gòu)型式，相關(guān)技術(shù)也已趨于成熟，積極促進(jìn)建筑多樣化的發(fā)展趨勢(shì)。本文從具體案例進(jìn)行分析，闡述這種建筑結(jié)構(gòu)體系在建筑中的應(yīng)用情況。

【關(guān)鍵詞】框架-核心筒；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；高層建筑

框架—核心筒結(jié)構(gòu)作為高層建筑的一種重要結(jié)構(gòu)形式，由周邊的稀柱框架和內(nèi)部剪力墻筒體組成?？蚣芤缓诵耐步Y(jié)構(gòu)因具有良好的受力性能和內(nèi)部空間的靈活性成為目前高層建筑中普遍采用的結(jié)構(gòu)形式，在超高層建筑中也有著廣泛的應(yīng)用。本文主要將以一棟高層商業(yè)大廈為例，分析其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及遇到的問(wèn)題。

1、工程概況

本工程地下2層，地上為24層主樓及5層裙房，主樓高度98.95m，采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)形式，裙房高度22.45m.采用框架結(jié)構(gòu)形式。地下室主要功能為汽車停車庫(kù)及庫(kù)房；地面建筑的主要功能包括商業(yè)、辦公等。

2、建筑結(jié)構(gòu)

2.1參數(shù)確定

主樓框架和剪力墻筒體的抗震級(jí)別均為二級(jí)，裙房的抗震級(jí)別為三級(jí)。基本參數(shù)如下：

2.2設(shè)計(jì)特征

在正式設(shè)計(jì)時(shí)，采用了專門為高層結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)而開(kāi)發(fā)的三維結(jié)構(gòu)有限元分析軟件SATWE，通過(guò)相應(yīng)計(jì)算得出，按照1/800的位移控制指標(biāo)來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)整體剛度進(jìn)行調(diào)整。從整體上而言，本結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)形式，另外地庫(kù)頂板采用現(xiàn)澆混凝土空心樓板。通過(guò)軟件分析，我們對(duì)核心筒及框架分別進(jìn)行優(yōu)化，在保證滿足規(guī)范限值的前提下對(duì)墻柱截面進(jìn)行優(yōu)化，隨層高截面逐漸減小，同時(shí)優(yōu)化核心簡(jiǎn)布置，減少內(nèi)部剪力墻，加強(qiáng)薄弱方向外墻，隨著核心筒墻體減少，鋼筋和混凝土用量減小的同時(shí)自重也降低，核心筒基礎(chǔ)筏板也得到優(yōu)化。另外考慮到本工程兩層地下室，地下水常年水位較高，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)考慮一定的地下水有利作用，為甲方節(jié)省了造價(jià)。我們通過(guò)進(jìn)—步計(jì)算發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)其墻柱，梁板的結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行調(diào)整，能夠在—定程度E增加其建筑設(shè)備的設(shè)置便利性。

3、技術(shù)要點(diǎn)

3.1梁柱設(shè)計(jì)

該建筑上部主要為企業(yè)辦公，下部為商場(chǎng)，綜合這兩種用途對(duì)于建筑的具體要求，取0.8作為計(jì)算地震應(yīng)力的周期折減系數(shù)。對(duì)于核心筒周圍剪力墻厚度的確定，底層短向及長(zhǎng)向取為400mm，上部短向及長(zhǎng)向分別取為350mm、300mm對(duì)于框柱截面的確定，由底層1200mm×1200mm隨樓層升高逐級(jí)收至700mm×700mm，砼強(qiáng)度自下而上由C60逐級(jí)過(guò)渡至C30，需注意截面和砼強(qiáng)度應(yīng)避免在同一層同時(shí)突變。主體結(jié)構(gòu)內(nèi)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，并對(duì)相應(yīng)的框架進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，使其在水平力作用力的變形滿足規(guī)范要求，并對(duì)樓蓋外角及樓層開(kāi)大洞周邊進(jìn)行構(gòu)造性加強(qiáng)。主樓梁間隔設(shè)計(jì)為4.5m，樓板受力形式為雙向板。在進(jìn)行計(jì)算過(guò)程中，需對(duì)外圍框架和核心筒之間連接部位的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，從而讓其能夠達(dá)到一定剛度要求，連接方式設(shè)計(jì)為剛接，考慮框架對(duì)核心筒扶壁柱的彎矩作用。

3.2計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在結(jié)合建筑抗震要求后對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)進(jìn)行考慮，對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)置以及剛度要求進(jìn)行余量調(diào)整。最終地震作用下最大層間位移角為1，841（Y向、地震），風(fēng)荷載作用下的最大層間位移角為1/1771（Y向），與規(guī)范限制值（1/800）較為接近。

第一平動(dòng)周期為2.5654；第二平動(dòng)周期為2.4485，第一捆轉(zhuǎn)周期為1.9762，周期比為0.77；

底部剪力墻承擔(dān)的傾覆彎矩百分比X向23.34%Y向23.79%；底層剪重比：1.94%（X方向）；2.22%（Y方向）。

3.3基礎(chǔ)形式

根據(jù)地質(zhì)條件及建筑物荷載情況，主樓、裙房和純地庫(kù)均采用樁承臺(tái)基礎(chǔ)加防水板，抗壓樁和抗拔樁均采用鉆孔灌注樁，其中抗壓樁以中風(fēng)化泥巖層作為樁端持力層，抗拔樁以樁長(zhǎng)控制，樁砼采用C35。

3.4存在問(wèn)題及處理方式

（1）裙房偏置。本工程裙房偏置，地震作用下結(jié)構(gòu)邊框架抗震不利，在主樓和裙房之間設(shè)縫分開(kāi)，通過(guò)加強(qiáng)縫兩側(cè)邊框架來(lái)提高其在大震下的延性，在裙房邊跨內(nèi)設(shè)沉降后澆帶，800mm寬，以減少主樓與裙房之間的沉降差異。

（2）裙房二、三層及五層樓面開(kāi)大洞，導(dǎo)致抽柱出現(xiàn)大跨度梁。大跨度梁配置預(yù)應(yīng)力鋼筋，嚴(yán)格計(jì)算裂縫及撓度；與大跨梁相連的框柱增大截面，配筋加強(qiáng)；同時(shí)加強(qiáng)開(kāi)大洞樓層及相鄰上一層的樓板配筋。

（3）由于地下車庫(kù)的尺度較大，因此，每隔30～40 m設(shè)置800mm寬的溫度后澆帶。溫度后澆帶應(yīng)在其兩側(cè)結(jié)構(gòu)施工完45天后澆筑，沉降后澆帶在主體結(jié)構(gòu)封頂且沉降穩(wěn)定后澆筑，采用比周邊構(gòu)件部位混凝土強(qiáng)度提高一級(jí)的微膨脹混凝土進(jìn)行補(bǔ)澆筑?；A(chǔ)及地下室頂板提高配筋率以提高抗裂性能。

（4）基礎(chǔ)承臺(tái)及底板較厚，屬大體積混凝土，設(shè)計(jì)及施工中應(yīng)采取有效措施。如用低水化熱水泥，減少粗細(xì)骨料的含泥量，優(yōu)化混凝土集料的配比，控制混凝土水灰比等。

（5）外立面幕墻造型高出屋面6m，需考慮幕墻受風(fēng)荷載作用，將外圍框柱向上延伸一層之間設(shè)梁連接，并驗(yàn)算幕墻對(duì)框柱的外力作用。

3.5現(xiàn)澆鋼筋混凝土空心樓板應(yīng)用

地庫(kù)的主要板跨為8.4m×8.4m，本著環(huán)保及節(jié)約的原則，本工程在頂板及負(fù)一層樓板（人防頂板）使用現(xiàn)澆鋼筋混凝土空心樓板，其中頂板使用450mm厚現(xiàn)澆混凝土空心樓板，負(fù)一層樓板使用350mm厚現(xiàn)澆混凝土空心樓板。其具有重量輕、跨度大、隔熱、隔音好的優(yōu)點(diǎn)，具有很多普通樓蓋所不具備的抗震性、抗裂性能優(yōu)勢(shì)，經(jīng)濟(jì)性也較好。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，本文主要從具體工程實(shí)例出發(fā)，對(duì)框架一核心筒結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意的內(nèi)容進(jìn)行了分析。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)充分考慮風(fēng)荷載及地震對(duì)框架一核心筒結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)，對(duì)于結(jié)構(gòu)布置，材料應(yīng)用等問(wèn)題進(jìn)行綜合考慮，并嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，才能持續(xù)性提升高層建筑設(shè)計(jì)水平。