某框架－核心筒結構設計重點探討

梁 勇

（華誠博遠工程技術集團有限公司，廣東 廣州 510260）

1 工程概況

某金融中心項目由高層辦公塔樓和商業裙房組成。高層建筑屋面高度為72 m，幕墻高度為79.7 m。地上地下總建筑面積77995 m2。辦公塔樓地上共16層，其中1～2層局部為商業，3～16層為辦公。地下室共3層，埋深約19.8 m，地下室結構連成一體。塔樓采用密柱框架－核心筒結構，在3層樓面設置轉換層，3層以上密柱間距為5.25 m，3層以下采用SRC柱和SRC梁進行轉換，SRC柱間距為10.5 m。在塔樓北側，外框柱和核心筒之間間距較大，因此設置1排內柱，內柱設計為H型鋼軸力柱。外框柱和核心筒之間的間距約為13 m。核心筒外采用鋼筋桁架組合樓板。

2 基礎設計

本項目塔樓采用樁基礎，需通過優化樁數、樁徑、樁深及樁底注漿等措施，盡可能減小工程實施引起的地鐵車站變形量。

因此，塔樓下承壓樁采用樁徑為850 mm，樁身混凝土設計強度為 C40，樁端持力層為⑨粉砂層。樁端埋深約58 m，有效樁長44 m，根據地勘報告計算的單樁承載力特征值為3900 kN，根據地鐵要求，設計中取單樁承載力特征值為3000 kN。

除塔樓核心筒筏板和柱下承臺厚度為1500 mm，其余范圍抗水底板厚度為1000 mm。塔樓下樁位布置如圖1所示。

圖1 塔樓樁位布置

地下室其他部分采用抗拔樁，樁徑650 mm，樁身混凝土設計強度為 C40，樁端持力層為⑦粉砂層。樁端埋深約51 m，有效樁長37 m，根據地勘報告計算的單樁抗拔承載力特征值為1480 kN。

3 塔樓結構體系

3.1 抗側力體系

塔樓抗側力結構包括鋼筋混凝土核心筒，周邊抗彎密柱框架。周邊密柱在3層樓面進行轉換，3層及以上外框柱間距為5.25 m，3層以下為10.5 m。采用梁式轉換，轉換結構采用SRC柱和SRC梁，以保證轉換層上下層剛度接近。抗側力體系如圖2所示。核心筒剪力墻從上至下基本連續，除東南角首層有1段內墻，需要進行轉換。

3.2 塔樓重力體系

在塔樓范圍，外框柱和核心筒之間的梁采用兩端鉸接連接，樓面體系將采用由120 mm厚鋼筋桁架組合樓板、H型鋼梁及栓釘組成的樓板體系。核心筒內的樓面體系采用150 mm鋼筋混凝土板。

在轉換層及屋面樓層，核心筒以外的樓板采用150 mm厚鋼筋桁架組合樓板，核心筒以內樓板采用150 mm鋼筋混凝土板。

圖2 建筑結構抗側力體系

4 塔樓彈性分析結果

4.1 設計假定

本結構計算與分析采用PKPM系列軟件。采用多高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件SATWE（墻元模型）分析軟件為 CSI的 ETABS9.7.4。在進行結構的整體分析時，應考慮樓板對結構剛度的影響。結構計算與分析的主要假定如下。

1）嵌固端設于地下室頂板面（地下1層剪切剛度／地上一層剪切剛度分別為 x方向 ＝4.0，y方向＝2.81，均大于 1.5）。

2）地震力計算采用CQC法。

3）振型數≥21，并滿足有效質量參與系數大于95%。

4）采用全樓剛性假定進行整體分析。

5）地震計算中考慮結構的扭轉耦聯及5%的偶然偏心。

6）混合結構在多遇地震下的阻尼比取0.04。

7）周期折減系數取0.90。

8）風荷載體型系數取1.3。

4.2 計算結果

塔樓多遇地震下的結構分析結果如下：①振動周期 T1（x＋y）為 1.81 s，T2（x＋y）為 1.64 s，T3（x＋y）為1.51 s（T3為第一扭轉振動周期）；②結構總重力荷載代表值 Ge為583707 kN；③總水平地震力 Fex為21651 kN，Fey為21865kN；④地震作用下剪重比 λx＝3.71%，λy＝3.74%；⑤地震作用下基底彎矩Mex＝1166493 kN·m，Mey＝1075800kN·m；⑥地震作用下頂點最大位移 Δex＝56 mm，Δey＝60 mm；⑦地震作用下最大層間位移比 δex＝1／1117，δey＝1／992；⑧總水平風荷載Fwx＝4724 kN，Fwy＝4852 kN；⑨荷載作用下基底彎矩Mwx＝201210kN·m，Mwy＝221596 kN·m；⑩風作用下頂點最大位移 Δwx＝9.3 mm，Δwy＝11.5 mm；?作用下最大層間位移比 δwx＝1／6858，δwy＝1／5326；最大層間位移／層間平均位移（考慮偶然偏心），x方向為1.33 mm，y方向為1.19 mm。

4.3 計算結果分析

1）各項指標基本符合現行規范和規程的要求。

2）設計對薄弱部位（如樓板開大洞口處，轉換層）采取加強措施，減少了不規則帶來的不利影響。

5 結構抗震措施

根據對結構規則性的檢查，雖然塔樓標準樓層規則，但外圍框架柱在3層存在轉換、2層東南角局部樓板缺失以及層間位移比＞1.2，存在不規則現象。因此塔樓屬于超限高層建筑結構。根據JGJ3—2010《超限高層建筑工程抗震設防管理規定》，應進行超限高層建筑工程抗震設防。

1）在塔樓四角設置部分墻體，以提升結構剛度，使其承擔在水平力作用下的內力，減輕外框柱和核心筒的最大內力。

2）合理選擇可靠的持力層，加大基礎埋深，確保超高建筑的抗傾覆能力。

3）在地震作用下，增大底層剪重比，提高結構可靠度，使縱橫向剪重比均大于3.2%。

4）采用抗震措施進行設計，以提高超高層結構的變形能力和耗能性能。

6 結語

綜上所述，本文結合工程實例探討了超高層塔樓框架－核心筒結構設計中相關問題，著重從建筑基礎設計、塔樓結構體系、塔樓彈性分析結果及結構抗震設計等方面進行論述。實踐證明，通過對超高層框架－核心筒結構進行優化設計，可大大提升超高層結構的可靠性和耐久性。