某高層框架核心筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計

鄭元猛

摘 要：本文詳細介紹了某高層框架核心筒工程的結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)平面布置、構(gòu)造措施以及結(jié)構(gòu)概念設(shè)計，并且對該框架核心筒結(jié)構(gòu)進行了計算分析。

關(guān)鍵詞：框筒結(jié)構(gòu)；斜柱；結(jié)構(gòu)布置

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）07-0065-01

1 工程概況

本工程位于山東省泰安市，地下2層，地上27層。其中地下1～2層為車庫及設(shè)備房；地上1～27層為辦公樓，1層層高為5.1m，其余層高為3.5m；28層為機房層。本工程長36.2m，寬30.2m。本工程高度為96.7m，高寬比為3.2<6；核心筒寬10.2m，長11.5m，平均高寬比為8.9<12。本工程設(shè)計使用年限50a。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)

2.1 地質(zhì)概況

根據(jù)巖土工程勘察報告， 擬建場地土類型為中硬場地土及中軟場地土兩部分。擬建場地內(nèi)及附近無全新活動斷裂，無影響工程穩(wěn)定的不良地質(zhì)作用，穩(wěn)定性好，適宜建筑。土層從上到下依次為人工填土、粉質(zhì)粘土、風化卵石、強風化花崗片麻巖。建筑場地類別為Ⅱ類，場地特征周期為0.40s。

2.2 抗震設(shè)防標準

本工程抗震設(shè)防類別為標準設(shè)防類（丙類），抗震設(shè)防烈度為6度，地震分組為第3組，設(shè)計基本地震加速度為0.05g。本工程框架的抗震等級為三級，剪力墻的抗震等級為二級。

2.3 風荷載

本工程基本風壓按照100a重現(xiàn)期取值，為0.45kN/m2，地面粗糙度為B類，風載體型系數(shù)為1.4。

3 結(jié)構(gòu)計算與抗震分析

3.1 結(jié)構(gòu)平面布置

本工程采用框架-剪力墻核心筒結(jié)構(gòu)。外圍框架柱采用鋼筋混凝土柱，剪力墻核心筒采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土筒體，樓面梁、板均采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。為保證內(nèi)走廊凈高，外圍框架柱采用雙柱布置，框架柱與核心筒間采用厚板連接。本工程頂部層層縮進，采用斜柱進行處理。

3.2 結(jié)構(gòu)立面布置

本工程為立面較為規(guī)則結(jié)構(gòu)。核心筒和框架柱的截面和混凝土強度由下至上逐漸均勻減小。核心筒混凝土墻體上下連續(xù)，僅頂部3層均勻收縮，外部框架柱采用斜柱處理，因此相鄰層的剛度沒有發(fā)生大突變。

3.3 結(jié)構(gòu)整體分析及主要計算結(jié)果

本工程采用兩種不同力學模型的結(jié)構(gòu)分析軟件（SATWE及PMSAP）進行結(jié)構(gòu)整體分析，計算中考慮偶然偏心及雙向地震作用。規(guī)范要求的幾個主要限值結(jié)果如下：

3.3.1 軸壓比

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（50010-2010）第11.4.16條、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（50011-2010）第6.3.6條和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第6.4.2條均對墻肢和柱軸壓比提出了相應(yīng)的限值。本工程底層柱最大軸壓比為0.79，墻最大軸壓比為0.5，滿足規(guī)范要求。

3.3.2 周期比

為了控制結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第3.4.5條要求： 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第1周期Tt與平動為主的第1周期T1之比，A級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9。本工程的周期為T1：3.4373，扭轉(zhuǎn)系數(shù)0.01 ；T3：2.6131，扭轉(zhuǎn)系數(shù)0.99，周期比為0.76，滿足規(guī)范要求。

3.3.3 位移比

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第3.4.5條要求：A、B級高度高層建筑均不宜大于該樓層平均值的1.2倍；且A級高度高層建筑不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍。本工程層間位移角最大值為Y向偶然偏心地震作用下的樓層最大位移1/1712，最大位移比為1.21。

3.3.4 剛度比

為了控制結(jié)構(gòu)的豎向規(guī)則性，避免豎向剛度突變，形成薄弱層，規(guī)范對工程剛度比進行控制。詳見《建筑筑抗震設(shè)計規(guī)范》第3.4.2條以及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第4.4.2條。本工程的薄弱層地震剪力放大系數(shù)均為1.00。

3.3.5 剪重比

為了控制樓層最小地震剪力，保證結(jié)構(gòu)安全，《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第5.2.5和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第3.3.13條對剪重比均有要求。本工程采用15個振型進行計算，X方向的有效質(zhì)量系數(shù)為99.50% ，Y方向的有效質(zhì)量系數(shù)為99.84%，最小剪重比均大于規(guī)范要求。

3.3.6 剛重比

為了控制結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生整體失穩(wěn)，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第5.4.4條規(guī)定了剛重比限值。本工程剛重比結(jié)果如下：X向剛重比EJd/GH**2=2.25；Y向剛重比EJd/GH**2= 1.97。結(jié)構(gòu)剛重比EJd/GH**2大于1.4，能夠通過高規(guī)（5.4.4）的整體穩(wěn)定驗算。

3.4 構(gòu)造措施

本工程核心筒筒體外側(cè)均勻雙向布置剪力墻，控制筒體角部開洞距離>1m，內(nèi)側(cè)適當減少剪力墻布置。剪力墻墻厚取200～300mm。經(jīng)計算后結(jié)構(gòu)整體形心與中心基本重合；筒體樓蓋外角采用雙層雙向鋼筋。筒體與框架部分采用厚板連接，板厚200mm，采用雙層雙向鋼筋，并加設(shè)斜向暗梁；筒體連梁設(shè)置交叉暗撐，無擱置于連梁上的樓蓋主梁。筒體墻水平、豎向鋼筋配筋率大于0.3%；頂部兩層斜柱計算時分別采用SATWE及PMSAP結(jié)果，計算上采用中震彈性進行內(nèi)力復核。且另選取PK進行復核，考慮斜柱自重的合理加載，并適當加強斜柱配筋。斜柱底部及頂住框架梁考慮偏心受拉設(shè)計；斜柱底板、頂板板厚均適當加厚，板配筋采用雙層雙向配筋；頂層局部位置采用搭接柱轉(zhuǎn)換。常規(guī)的梁式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換梁截面較大且抗剪不利。本工程增設(shè)一道鋼筋混凝土剪力墻進行轉(zhuǎn)換。經(jīng)計算，搭接柱轉(zhuǎn)換各項內(nèi)力值明顯小于常規(guī)梁式轉(zhuǎn)換。因增設(shè)的剪力墻卻承受較大內(nèi)力，形成應(yīng)力集中，而且搭接柱的本身受力較為復雜，所承擔的彎矩、軸力、剪力均較大。故設(shè)計圖階段對于該區(qū)段采取了配筋加強措施。該段墻厚為300mm，墻內(nèi)豎向分布筋為φ16×150、水平分布筋為φ16×100。

4 結(jié)語

本文介紹了該框筒結(jié)構(gòu)的概況及結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施等，采用兩種不同力學模型的結(jié)構(gòu)分析軟件進行結(jié)構(gòu)整體分析。本工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案及構(gòu)造措施可為同類工程的設(shè)計提供了參考借鑒。

參考文獻

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