淺析建筑工程框架核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計

何峭峰

（江門市房產(chǎn)建筑設(shè)計院有限公司，廣東 江門 529000）

框架核心筒是高層建筑中常用的一種結(jié)構(gòu)型式,它是由位于建筑中部的核心筒和外圍框架組成的結(jié)構(gòu)體系,核心筒由布置在樓層中央的剪力墻圍成,它有很大的抗側(cè)力能力,框架布置在建筑的周邊,一般柱距較大,可以為建筑提供較大的空間,這種結(jié)構(gòu)形式也是適應(yīng)建筑的需要而產(chǎn)生的。

1.工程概況

該工程地下室2層，基坑深度10.8m，考慮底板厚度在內(nèi)，基礎(chǔ)埋深大于結(jié)構(gòu)高度的1/15。地下室主要功能為停車場，主體為辦公及住宅用途。辦公樓采用框架核心筒結(jié)構(gòu)體系，核心筒為18層，結(jié)構(gòu)高度為90.60m。本工程抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計地震分組為第二組，設(shè)計基本地震加速度值為0.05g。本工程為對風(fēng)荷載比較敏感的的高層建筑且位于沿海地區(qū)，基本風(fēng)壓按照100a重現(xiàn)期的風(fēng)壓值采用，取基本風(fēng)壓值為0.70kN/m2，風(fēng)荷載體型系數(shù)采用1.4。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)平面布置

為減小整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及兩塔樓之間的影響，避免塔樓質(zhì)量和剛度不同所引起的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)增大，把塔樓和裙房之間采用140mm的防震縫自地下室分開，從而形成多個較規(guī)則的子結(jié)構(gòu)。從概念設(shè)計角度選擇結(jié)構(gòu)體系，根據(jù)建筑平面布置，結(jié)構(gòu)體系采用框架－剪力墻核心筒結(jié)構(gòu)。其中剪力墻核心筒部分采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土筒體，外圍框架柱采用鋼筋混凝土柱，樓面梁采用普通梁，樓板采用現(xiàn)澆實心板。剪力墻核心筒作為抵抗水平作用的主要構(gòu)件，外圍框架柱主要承受豎向荷載。

為了增加樓板剛度采用了現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，對于地下室頂板、加強層樓板以及屋頂樓板均適當(dāng)加厚，地下室頂板板厚取為200mm，現(xiàn)澆空心樓板按L/35～L/40確定板厚。其余雙向板均按L/40確定板厚。

為了保證樓板的整體性，樓板與筒體的混凝土采用整體澆筑，不得在混凝土筒體外周與樓板連接處留置豎向施工縫。結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層平面見圖1。

2.2 結(jié)構(gòu)立面布置

由于本工程立面較規(guī)則，故框架柱和核心筒的截面以及混凝土強度由下至上逐漸均勻變化減小，無明顯的不規(guī)則性。核心筒剪力墻墻體上下連續(xù)，只有外框架的部分框架柱需要轉(zhuǎn)換，因此相鄰層的剛度沒有發(fā)生大突變，設(shè)計時只需在收縮層處通過框架梁來加強該收縮層的剛度。

考慮到核心筒除了承受主要的水平荷載，同時還要保證其在超越荷載下由于開裂剛度下降后的延性問題，因此核心筒的剪力墻采用低軸壓比設(shè)計。在構(gòu)造措施中，在核心筒與外框架連接處以及洞口處等都設(shè)置有框架柱，以保證核心筒與外框架的可靠連接。

2.3 基礎(chǔ)設(shè)計

地下1層為五級人防，地下1層頂板有約1.5m厚覆土，荷載比較大，為保證地下室的凈高，并減少基巖的開挖，地下室樓蓋可適當(dāng)采用部分寬扁梁的梁板體系。本工程基底持力層為強風(fēng)化閃長巖，高層塔樓部分采用伐板基礎(chǔ)，其余柱下采用墩基加防水板，裙房部分電梯間及樓梯間部分鋼筋混凝土墻采用帶型基礎(chǔ)加防水板；所有地下室外墻均采用帶型基礎(chǔ)加防水板。

因地下水位較高，為-1.0m，純地下室部分需采取抗浮措施，擬采用錨桿來作為抗浮措施。地下部分及錯層處因建筑功能要求不設(shè)縫，由于總長大于規(guī)范值，且裙房與兩個塔樓高差相差懸殊，故在裙房凹處設(shè)置后澆帶，以減少混凝土收縮應(yīng)力及減少沉降引起的次應(yīng)力。

2.4 構(gòu)造措施

為了使各單元內(nèi)結(jié)構(gòu)平面形狀和剛度均勻?qū)ΨQ，剪力墻墻厚取200mm～300mm。大開間剪力墻及短肢剪力墻雙向布置且宜掛直對齊，以使整個結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度中心盡量靠近水平合力的作用線。墻肢厚比取為大于5，這樣既能保證結(jié)構(gòu)的安全使用，又能充分發(fā)揮所有材料性能，降低了地震力，使結(jié)構(gòu)的受力性能得以改善。

5層以下外墻厚不小于300mm，豎向鋼筋為Φ12mm＠150mm，水平鋼筋為Φ12mm＠150mm；5層以上墻厚為 200mm～300mm，配筋不少于Φ10mm@150mm～200mm。因短肢剪力墻在壓彎剪的復(fù)合狀態(tài)下工作，為保證在外界干擾下不致于失穩(wěn)，墻體厚度不易太薄且應(yīng)雙面配筋，以防止平面處的受彎裂縫且便于施工。

3.結(jié)構(gòu)分析

3.1 計算原則

采用多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計軟件SATWE進(jìn)行計算分析。結(jié)構(gòu)在豎向重力荷載、風(fēng)荷載以及多遇地震作用(50a內(nèi)超越概率63.2%)下的內(nèi)力和位移均按彈性方法計算。框架梁和連梁等構(gòu)件可考慮局部塑性變形引起的內(nèi)力重分布。樓板在其自身平面內(nèi)為無限剛性。

在進(jìn)行重力荷載作用效應(yīng)分析時，柱、墻軸向變形應(yīng)考慮施工過程影響，施工過程的模擬2采用分層加載法。在進(jìn)行風(fēng)作用效應(yīng)分析時，正反兩個方向的風(fēng)荷載按兩個方向的較大值采用。

抗震計算時，考慮平扭耦連計算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。振型數(shù)取36個，振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90%。在內(nèi)力與位移計算中，結(jié)構(gòu)計算從地下2層算起，考慮回填土側(cè)向約束。樓面框架梁與混凝土筒體的連接用剛接，通過在梁、墻連接處的墻體內(nèi)構(gòu)造措施來實現(xiàn)這種連接方式。

3.2 彈性分析

彈性時程分析時，每條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的65%，多條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的80%。辦公樓彈性時程分析結(jié)果見表1。

通過以上的分析結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)的時程分析平均地震反應(yīng)均小于振型分解反應(yīng)譜的結(jié)果，而且都滿足規(guī)范對底部剪力的要求，顯然表明了所選時程曲線是正確的；計算結(jié)果也顯示結(jié)構(gòu)位移曲線比較均勻，無突變，不存在中間樓層薄弱層；同時每條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的65%，多條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的80%。

4.結(jié)語

總之，分析結(jié)果表明本文所采取的設(shè)計方法以及構(gòu)造措施等有效地控制層間位移等要求，本工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案以及分析方法可為同類工程的設(shè)計提供了參考借鑒。

[1]王海波,陳伯望,沈蒲生.框筒結(jié)構(gòu)的層模型簡化分析方法[J].四川建筑科學(xué)研究,2006,04.

[2]暢君文.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計若干問題的認(rèn)識[J].結(jié)構(gòu)工程師,2004,04.