框架—核心筒結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

章曉峰

摘要：在所有結(jié)構(gòu)體系中，框架-核心筒結(jié)構(gòu)較為常用。本文結(jié)合某工程的實(shí)際案例，針對(duì)框架-核心筒結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)選型、剖析及其設(shè)計(jì)等進(jìn)行具體的介紹，僅供相似工程進(jìn)行借鑒。

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

1 工程概況

某工程地處浙江地區(qū)，整個(gè)地塊的面積大概是18682m2，由三層裙樓、一層地下室、二十二層主樓構(gòu)成，三者連成一體，建筑物的總面積是79020m2，共有99.5m高。地下1層設(shè)置了自行車庫、雙層停車庫、設(shè)備機(jī)房，其有7.9m高，面積共達(dá)14750m2；地上1至3層裙樓具有餐廳、圖書閱覽室、門廳以及會(huì)議室等配套設(shè)施，主樓四層至20層屬于工作區(qū)，而21層與22層則作為健身活動(dòng)室。裙樓、地下室以及主樓的平面尺寸分別是109.8m×40.8m、196.8m×78.9m、58.8m×33.6m，1層的層高為4.8m，2層與3層的層高為4.5m，4層至22層的層高都是4.45m，大樓主體結(jié)構(gòu)的主要柱網(wǎng)尺寸是8.4m×8.4m。

2 設(shè)計(jì)依據(jù)與主要材料

本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限是50a，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)是乙級(jí)，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)是二級(jí)，建筑抗震設(shè)防是丙類建筑，地下室與屋面防水等級(jí)是一級(jí)?？拐鹪O(shè)防烈度高達(dá)6度，設(shè)計(jì)地震基本加速度值是0.15g。

主樓的柱與墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)會(huì)由于高度的變化慢慢從C60變?yōu)镃35，地下室與全部樓層的梁板都使用了C35級(jí)混凝土。通過對(duì)其使用的鋼筋的分析可知，其多使用HRB335與HRB400熱軋螺紋鋼筋。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

此工程主樓的結(jié)構(gòu)屬于鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)，不論是剪力墻還是框架或者是核心筒，其抗震等級(jí)都是二級(jí)。裙房屬于框架結(jié)構(gòu)，其抗震等級(jí)也是二級(jí)。地下一層區(qū)域中的抗震等級(jí)和上部結(jié)構(gòu)是一樣的，都是二級(jí)，而地下一層超過上部的部分、地下二層的抗震等級(jí)都是三級(jí)。

3.1 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

從結(jié)構(gòu)布置上看，以主樓中的樓梯電梯井道安設(shè)的相對(duì)封閉、獨(dú)立的帶邊框剪力墻為核心筒，為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗扭轉(zhuǎn)作用，將兩道相互垂直的剪力墻分別設(shè)置在主樓的四個(gè)拐角處。同時(shí)，將框架柱安設(shè)于其他地方，一起構(gòu)成鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系。剪力墻是工程中的一種重要抗側(cè)力構(gòu)件，與框架梁柱一起建立起你第二道抗側(cè)力防線。

3.2 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）地下室設(shè)置了很多鋼筋混凝防隔墻，但是內(nèi)部所有結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度KB遠(yuǎn)遠(yuǎn)比和其連接的上一層范疇中的結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度KP強(qiáng)，是后者的兩倍，因此應(yīng)把有關(guān)范疇中的樓層頂板設(shè)計(jì)成0.2m厚，從而使嵌固于頂板上的上部結(jié)構(gòu)的剛度需要得到充分滿足。

2）設(shè)置后澆帶與結(jié)構(gòu)縫

由于本工程的地下室占地面積較廣，因此無需設(shè)置永久結(jié)構(gòu)縫。同時(shí)，裙房與地下室都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不設(shè)縫的最大長度?；趯?duì)建筑超長會(huì)引起很多問題，比方說由其衍生出的溫度應(yīng)力與混凝土收縮等均會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及其安全形成威脅，因此有必要采用下面這些對(duì)策：

（1）設(shè)計(jì)

①由于裙房的基礎(chǔ)和主樓是相互連接著的，因此應(yīng)對(duì)主樓的沉降量進(jìn)行把控，把沉降后澆帶安設(shè)于裙房和主樓之間，同時(shí)針對(duì)沉降后澆帶的封閉時(shí)間進(jìn)行管理與控制等，以此對(duì)裙房和主樓間的差異沉降進(jìn)行調(diào)節(jié)。

②地下室的平面尺寸為196.8m×78.9m，鑒于其面積比較大，所以最終確定每間隔30到40m就設(shè)定一個(gè)寬度為1m的抗收縮后澆帶。當(dāng)然，必須在其兩側(cè)結(jié)構(gòu)施工結(jié)束60天之后才能設(shè)置抗收縮后澆帶，并選用較相應(yīng)構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級(jí)更高一級(jí)的微膨脹細(xì)石混凝土實(shí)施補(bǔ)澆操作。

③將裙房與地下室的樓屋面梁板的配筋率合理的調(diào)高，在這當(dāng)中，裙房屋面板與地下室頂板都應(yīng)使用雙層貫通配筋。

（2）材料

①針對(duì)混凝土的澆筑溫度與時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格把控，從而有效減小甚至是消除由于溫度應(yīng)力與混凝土收縮給結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的負(fù)面影響。

②在開展混凝土澆筑施工工作的過程中，應(yīng)當(dāng)施行二次振搗。

③加大力度做好混凝土養(yǎng)護(hù)工作，尤其是前期養(yǎng)護(hù)工作。

3.3基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

結(jié)合下表1所示的巖土工程勘察報(bào)告結(jié)果，擬建場(chǎng)地土層由上到下分別是：①素填土：比較松散，??；②粉質(zhì)黏土混碎石：厚度的波動(dòng)比較顯著，呈連續(xù)分布，承載力欠佳；③1全風(fēng)化輝綠巖：厚度不夠勻稱、分布的連續(xù)性差、承載力有待強(qiáng)化。這些都不適合作地基持力層。

相較而言，③3中風(fēng)化輝綠巖、④3中風(fēng)化石灰?guī)r、③2強(qiáng)風(fēng)化輝綠巖以及④2強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r更適合作地基持力層，場(chǎng)地范圍內(nèi)不存在任何液化土層，且地質(zhì)報(bào)告內(nèi)并未提到存在融陷問題、地基土凍脹性問題及其他比較特殊的地質(zhì)條件。當(dāng)處鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋長時(shí)間處在水中，地下水對(duì)其會(huì)產(chǎn)生微腐蝕；對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)，地下水存在微腐蝕性；當(dāng)處于干濕交替的環(huán)境下，其具有微腐蝕性。

此次工程選用的是平板式筏板基礎(chǔ)，在這當(dāng)中，核心筒體下筏板的厚度達(dá)3m，主樓其余位置的筏板大概有2m厚，而純地下車庫與裙樓部分的筏板的厚度大概是0.75m。

主樓核心筒部分將④3中風(fēng)化石灰?guī)r或者③3中風(fēng)化輝綠巖當(dāng)成基礎(chǔ)持力層，而以③3中風(fēng)化輝綠巖、④3中風(fēng)化石灰?guī)r、③2強(qiáng)風(fēng)化輝綠巖、④2強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r、③1全風(fēng)化輝綠巖為基礎(chǔ)持力層。

主樓部分借助自身重量抵御浮力，知識(shí)在純地下室部分與裙房的筏板下勻稱的安設(shè)了三根規(guī)格是φ 32mm@2.1m×2.1m的抗拔錨桿，以此使地下室的抗浮要求得到充分滿足。

4 上部結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果及其分析

在針對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行

分析計(jì)算的過程中，本文嚴(yán)格依據(jù)《高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件—SATWE》實(shí)施計(jì)算分析，同時(shí)顧及到扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)效應(yīng)。利用鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，針對(duì)嵌固于地下2頂板實(shí)施整體計(jì)算與研究，為主要控制性計(jì)算結(jié)果如下：（1）周期為：2.61、1.92、1.70；（2）周期比：0.65；（3）剪重比：3.06、2.85；（4）質(zhì)量系數(shù)：95.08、95.48；（5）樓層剛度比最小值：1、1；（6）樓層抗剪承載力最小值：0.98、0.99；（7）最大樓層間位移比：1.24、1.37、1.24。

5 結(jié)論

在計(jì)算出本次工程地震作用之后，筆者得出了下面幾點(diǎn)結(jié)論：

1）裙房能使主樓結(jié)構(gòu)的振動(dòng)大幅減小，其對(duì)主樓的低階振型起到的影響比較顯著；

2）能否科學(xué)的設(shè)置主樓內(nèi)部抗側(cè)力構(gòu)件，將會(huì)對(duì)主樓的自振特性起到?jīng)Q定性影響；

3）在考慮到本項(xiàng)目的實(shí)情之后，筆者選用了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系，僅供借鑒。