高烈度區某框架-核心筒LOFT上部結構優化設計

王振宇

（甘肅省城鄉規劃設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

框架-核心筒結構是一種較常見的結構形式，因其既能滿足建筑對大空間的追求，又能形成多道防線來抵抗地震力，在高層建筑中被廣泛的應用。而處于高烈度區的框架-核心筒結構通常截面尺寸及配筋量較大，經濟效益性差。文章結合實際工程，通過調整樓蓋布置，優化有關計算參數來降低工程造價，為類似工程設計提供參考。

1 工程概況

本工程位于甘肅省天水市，為一棟高層LOFT公寓。結構形式采用現澆鋼筋混凝土框架-核心筒結構，地下2層，建筑功能均為停車庫，地下2層、地下1層層高分別為4.2m和5.7m；地上13層，其中1層為商業，層高6.0m，2層為餐飲，層高6.0m，3～13層均為LOFT公寓，層高5.5m。建筑物總高度為72.8m，總建筑面積為22405.5m2。建筑標準層平面圖如圖1所示，結構空間計算模型如圖2所示。

本工程抗震設防分類為丙類，結構安全等級為二級，結構的設計使用年限為50年。抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.30g，設計地震分組為第二組，場地類別為Ⅱ類，特征周期為0.40s，基本風壓為0.35kN/m2（承載力設計時乘以1.1增大系數），基本雪壓 0.15kN/m2。

圖1 建筑標準層平面圖

圖2 結構空間計算模型

2 結構優化設計

2.1 原設計主要計算參數及樓蓋布置形式

本工程采用YJK軟件進行結構計算。框架抗震等級為一級，核心筒剪力墻抗震等級為一級。周期折減系數為0.85，上部結構嵌固端位置為±0.000，地震作用下連梁剛度折減系數為0.60，整體指標計算采用強制剛性樓板假定，構件配筋計算采用非強制剛性樓板假定，考慮偶然偏心，按軟件默認不考慮梁端剛域，剪力墻端柱的面外剪力統計到剪力墻部分。

為滿足建筑對戶內空間及凈高的最大化追求，原設計標準層結構樓蓋采用大跨厚板結構，戶內不設次梁，板厚150mm。樓蓋結構布置如圖3、圖4所示。

圖3 原設計樓蓋布置圖

圖4 優化方案樓蓋布置圖

2.2 優化方案一

相關計算參數同原設計，調整樓蓋布置方式，在原設計大跨板內增加次梁，將板厚由原設計150mm修改為100mm。按此方案修改后，可大幅降低結構自重，經計算可減小豎向構件截面尺寸及配筋，但增加次梁后在一定程度上降低了建筑凈高，影響居住舒適性。

2.3 優化方案二

結構計算時考慮梁端剛域，其他計算參數及結構布置均同優化方案一。《高層建筑混凝土結構結構技術規程》(JGJ 3—2010)第5.3.4條規定：在結構整體計算中，宜考慮框架或壁式框架梁、柱節點區的剛域影響，梁端截面彎矩可取剛域端截面的彎矩計算值[1]。YJK軟件默認不考慮梁端剛域，這就要求設計人員根據工程實際合理選擇是否考慮梁端剛域。本工程處于高烈度區，計算梁、柱構件截面尺寸較大，此時應考慮截面尺寸的影響[2]。考慮梁端節點剛域后，梁的計算長度相比不考慮梁端剛域有所減小，結構抗側剛度會有一定的提高，跨高比大的梁配筋相對減小[3]。

2.4 優化方案三

計算中勾選剪力墻端柱的面外剪力統計到框架部分，其他計算參數及結構布置均同優化方案二。本工程外圍四角框架柱因建筑立面需要內凹，形成剪力墻端柱。根據《高層建筑混凝土結構結構技術規程》(JGJ 3—2010)第9.1.11條規定，當框架部分分配的地震剪力標準值小于結構底部總地震剪力標準值的20%，但其最大值不小于結構底部總地震剪力標準值的10%時，應按結構底部總地震剪力標準值的20%和框架部分樓層地震剪力標準值中最大值的1.5倍二者的較小值進行調整。YJK軟件默認不勾選剪力墻端柱的面外剪力統計到框架部分，考慮到本工程外圍框架柱截面尺寸較大，本工程勾選剪力墻端柱的面外剪力統計到框架部分進行結構計算，經對比，勾選后底部大部分樓層0.2V0調整系數較不勾選減小，部分框架柱及與之相連的框架梁端配筋相對減小。兩種方案下結構各樓層0.2V0調整系數見表1（取各樓層X向、Y向調整系數較大值進行比較)。

表1 0.2V0調整系數對比

2.5 優化方案對比

本工程原設計方案與各優化方案的建材用量見表2。表中建材用量均基于YJK施工圖輔助模塊統計所得的理論用量 （不包含基礎部分），一般來說，實際施工建材用量要多于理論用量。

表2 原設計方案與各優化方案的建材用量統計表

通過表2可以看出，經三次優化后結構建材用量顯著降低。由于各優化方案采用相同的樓蓋布置形式，混凝土用量均相同；考慮梁端剛域、勾選剪力墻端柱的面外剪力統計到框架部分后進行結構計算也在一定程度上降低了結構建材用量，但降低幅度有限。

3 結論及建議

通過三個優化方案與原設計方案的對比，得出以下結論：

1）樓蓋布置方式對結構建材用量影響較大，一般來說，小跨度常規板厚（100mm）較大跨厚板更能節省建材；

2）對梁、柱截面較大的結構，考慮梁端剛域可以一定程序上降低結構含鋼量；

3）針對框架-核心筒結構，當框架部分分配的地震剪力標準值在結構底部總地震剪力標準值的一定范圍內（本工程在10%～20%之間）時，考慮將剪力墻端柱的面外剪力統計到框架部分可減小部分樓層框架柱及與之相連框架梁的配筋，進而降低結構整體含鋼量。

結構優化設計是一個理論分析與實際應用相結合的過程[4]，為了最大限度的控制成本，除了調整結構布置，如何在滿足規范要求的前提下選擇合適的計算參數也至關重要[5]。文章所述工程案例可供類似工程設計參考。