框架核心筒結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

■黎智鴻 ■廣東博意建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 順德 528312

為了更好的滿足人們的生產(chǎn)和生活的需要，現(xiàn)在的建筑結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出多元化的趨勢(shì)，建筑結(jié)構(gòu)的功能和用途越來(lái)越多。因此在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮更多可能的受力結(jié)構(gòu)形式?？蚣芎诵耐步Y(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中的一種重要形式，它具有剛度大、用鋼量小等特點(diǎn)，因此在我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。通過(guò)對(duì)框架核心筒結(jié)構(gòu)體系合理的設(shè)計(jì)，可以有效的確保建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。以下筆者將結(jié)合具體的框架核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例，簡(jiǎn)要探討框架核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。

1 項(xiàng)目概況

本工程為某一高層建筑設(shè)計(jì)實(shí)例，該建筑地上部分的總層數(shù)為34層，地下部分為2 層。建筑面積達(dá)到3 萬(wàn)m2，建筑總高度為98.3m，鑒于建筑功能等方面限制，最終選取框架核心筒結(jié)構(gòu)體系。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，風(fēng)荷載取為0.3kN/m2，地面粗糙度為B 類，風(fēng)荷載體型系數(shù)為1.4，地震烈度為7.5 度?；A(chǔ)部分采用靜壓式預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，其強(qiáng)度等級(jí)為C80。

2 建筑結(jié)構(gòu)布置

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)布置應(yīng)遵循簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱、少偏心的原則。在結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段，應(yīng)進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)選型。在確保建筑藝術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)布置應(yīng)做到既滿足抗震、抗風(fēng)性能，同時(shí)還滿足經(jīng)濟(jì)合理、美觀流暢等要求，力求營(yíng)造出一個(gè)完美的建筑形象。

2.1 框架部分布置

本工程的框架部分設(shè)計(jì)成雙向梁柱剛架體系。其中一個(gè)方向與核心筒連接在一起，另一個(gè)方向則與4 根柱和兩個(gè)角部剪力墻連接在一起，從而共同組成框架-筒體的結(jié)構(gòu)體系?？蚣芎图袅餐M成的結(jié)構(gòu)體系可以一同承擔(dān)兩個(gè)方向上的地震作用和風(fēng)荷載作用。

本工程的框架梁與柱之間處于重合的狀態(tài)，此時(shí)梁柱達(dá)到最佳的工作狀態(tài)，沒(méi)有出現(xiàn)梁柱偏心的問(wèn)題，這樣可以有效的防止對(duì)核心區(qū)域構(gòu)造和受力造成不利的影響。

在本工程中由于受到施工工藝的限制，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)僅為C40，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)了短柱的問(wèn)題，僅在本工程1～6 層的位置處沒(méi)有出現(xiàn)短柱。

沿著高度方向，柱的截面是變化的，但是柱的軸線并沒(méi)有出現(xiàn)變化。這樣既可以做到沿著高度方向柱變化均勻，同時(shí)還避免出現(xiàn)偏心的問(wèn)題。

以上這些部分就是本工程框架結(jié)構(gòu)布置的主要內(nèi)容。整個(gè)結(jié)構(gòu)在整體布置上整齊、規(guī)則，并沒(méi)有產(chǎn)生次應(yīng)力問(wèn)題。

2.2 剪力墻部分布置

在進(jìn)行剪力墻布置時(shí)，為了充分的發(fā)揮剪力墻的作用，將剪力墻集中進(jìn)行布置，從而形成一個(gè)核心筒結(jié)構(gòu)。對(duì)于核心筒而言，具有較大的抗側(cè)力剛度，其剛度的組成不是簡(jiǎn)單的由其中幾個(gè)部分的剛度的疊加。一般情況下，核心筒的剛度主要是受到墻體、連梁形式、洞口大小等多個(gè)因素的影響。因此需要應(yīng)用計(jì)算機(jī)才能準(zhǔn)確的計(jì)算出核心筒的剛度。

當(dāng)進(jìn)行核心筒的布置時(shí)，應(yīng)確保平面分布均勻，兩個(gè)方向上的剪力墻的剛度應(yīng)避免出現(xiàn)較大的差異，盡量接近，連梁應(yīng)適中。本工程中單肢墻的長(zhǎng)度在8m 以內(nèi)?？v橫兩個(gè)方向的比例合理，從而兩個(gè)方向上的變形均較為相同。

在對(duì)剪力墻布置時(shí)，其軸線與框架軸線保持一致。沿著高度的方向，剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度處于均勻的變化。上下層剪力墻的軸線均勻的重合的一起，這樣可以確保荷載傳遞的合理性。對(duì)于每片剪力墻而言，其軸壓比應(yīng)控制均勻，采用計(jì)算機(jī)軟件即可計(jì)算得到各墻段的軸力，在此基礎(chǔ)上即可對(duì)剪力墻的厚度和長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于剪力墻的受力機(jī)理較為復(fù)雜，因此在進(jìn)行剪力墻的布置時(shí)，需要考慮連梁、洞口以及樓板等對(duì)其的影響，通過(guò)多次反復(fù)的計(jì)算機(jī)計(jì)算和調(diào)整以確保剪力墻作用的充分發(fā)揮。在本工程中，對(duì)于剪力墻的布置，經(jīng)過(guò)多次的計(jì)算和調(diào)整，最終所確定的剪力墻技術(shù)指標(biāo)如表1 所示。在本工程中所布置的剪力墻基本可以做到荷載中心與平面中心的重合，各個(gè)構(gòu)件之間均較為均勻?qū)ΨQ，平面形狀規(guī)則簡(jiǎn)單。

表1 剪力墻技術(shù)指標(biāo)

3 框架與剪力墻的關(guān)系

一般情況下，在框架-筒體結(jié)構(gòu)體系中，應(yīng)布置足夠數(shù)量的剪力墻。剪力墻的剛度應(yīng)確保合理，這是因?yàn)槿绻麆偠冗^(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致剪力墻結(jié)構(gòu)在地震作用下產(chǎn)生較大的反響，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部?jī)?nèi)力的增大，同時(shí)也會(huì)影響到框架結(jié)構(gòu)作用的發(fā)揮，這樣會(huì)影響整體結(jié)構(gòu)體系的作用。一般情況下，應(yīng)將剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度特征值控制在2.5～1.15 之間。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在本工程中，剪力墻部分主要承受80%的水平力，框架部分主要承受20%的水平力，因此其結(jié)構(gòu)剛度的特征值為1.8。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果說(shuō)明

在本工程中，采用SATWE 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行計(jì)算。如表2 所示為本工程結(jié)構(gòu)前6 階模態(tài)振型的振動(dòng)周期。表中T1 為Y方向的平動(dòng)周期，T2 為X 方向的平動(dòng)周期，T3 為扭轉(zhuǎn)第一周期。扭轉(zhuǎn)周期比為0.849，小于規(guī)范規(guī)定的0.9，因此可以認(rèn)為本工程的建筑結(jié)構(gòu)具有良好的抗扭性能，能夠滿足結(jié)構(gòu)抗震的要求。

5 結(jié)構(gòu)抗震性能綜合評(píng)價(jià)

在本工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了有效的確保結(jié)構(gòu)布置的合理性，需要采取合適的構(gòu)造措施，從而減小扭轉(zhuǎn)不規(guī)則帶來(lái)的不利影響，以確保結(jié)構(gòu)體系的抗震性能。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震性能的設(shè)計(jì)時(shí)，需要針對(duì)不同的地震作用，而設(shè)置不同的性能目標(biāo)，本工程的抗震設(shè)計(jì)主要是為了實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)目標(biāo):(1)小型地震。在小型地震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足彈性設(shè)計(jì)的要求，均應(yīng)處于彈性工作狀態(tài)。全部構(gòu)件的抗震承載力和結(jié)構(gòu)層間位移應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)的要求。(2)中型地震。在中型地震作用下，結(jié)構(gòu)中的薄弱部分和重要部分構(gòu)件應(yīng)處于彈性工作狀態(tài)。在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性分析時(shí)，部分結(jié)構(gòu)可以接近屈服階段，但是不得進(jìn)去脆性破壞階段，同時(shí)各個(gè)構(gòu)件細(xì)部構(gòu)造應(yīng)滿足中等延性的要求。(3)大型地震。在大型地震作用下，重要部分的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不應(yīng)進(jìn)入屈服狀態(tài)。當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性分析時(shí)，部分結(jié)構(gòu)可以進(jìn)入屈服階段，但是不得進(jìn)入脆性破壞階段，同時(shí)其變形限制應(yīng)確保滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，一般情況下，樓層的最大層位移角應(yīng)控制在1/200 以內(nèi)。各個(gè)構(gòu)件的細(xì)部構(gòu)造需要確保滿足高延性的要求。

根據(jù)計(jì)算機(jī)軟件的計(jì)算結(jié)果可以知道，本工程的建筑結(jié)構(gòu)在8 度多的地震作用下，結(jié)構(gòu)中各個(gè)部分均勻能滿足相關(guān)的規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。因此可以認(rèn)定本工程建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能滿足要求。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著建筑形式的多元化發(fā)展，對(duì)建筑功能要求越來(lái)越多。在高層結(jié)構(gòu)中需要考慮采取剛度大、用鋼量小的結(jié)構(gòu)體系?；诖耍蚣芎诵耐步Y(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。文章通過(guò)結(jié)合某一高層建筑設(shè)計(jì)實(shí)例，經(jīng)綜合考慮選取框架核心筒結(jié)構(gòu)體系，系統(tǒng)地探討該結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)布置，同時(shí)為了有效的確保結(jié)構(gòu)布置的合理性，提出合適的構(gòu)造措施。從工程計(jì)算結(jié)果表明，本工程的建筑結(jié)構(gòu)具有良好的抗扭性能，能夠滿足結(jié)構(gòu)抗震的要求。

［1］趙波.框架核心筒結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)，2013(09):227-229.

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