高層建筑框架核心筒分析

欒恒宇

摘要：在高層建筑結(jié)構(gòu)中，有一種較為常見(jiàn)的簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)，主要是指由豎向筒體為主組成對(duì)豎向及水平作用進(jìn)行承受的一種建筑結(jié)構(gòu)。而在簡(jiǎn)體建筑結(jié)構(gòu)中，主要包含兩種結(jié)構(gòu)內(nèi)容：筒結(jié)構(gòu)以及框架一核心筒結(jié)構(gòu)。文章主要是以一高層建筑工程為例，對(duì)其框架—核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述分析，對(duì)其中的重點(diǎn)進(jìn)行了著重說(shuō)明，為今后的工程設(shè)計(jì)提供參考幫助。

關(guān)鍵詞：高層建筑；框架—核心筒結(jié)構(gòu)；分析；

中圖分類(lèi)號(hào)：TU355文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-3520（2014）-06-00258-02一、前言

框架核心筒結(jié)構(gòu)主要是指為了滿(mǎn)足建筑工程的內(nèi)在結(jié)構(gòu)需要，在其內(nèi)部將實(shí)體筒作為一個(gè)抗側(cè)力的構(gòu)件，之后再在實(shí)心筒外布設(shè)好一個(gè)大型框架，確保其主要的受力狀況能夠與框架剪力墻相等同。框架核心筒結(jié)構(gòu)主要用于一些高層建筑。對(duì)高層建筑框架核心筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，對(duì)促進(jìn)其今后的發(fā)展而言，具有極為重要的意義。

二、工程概況及高層建筑框架核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體構(gòu)思

（一）高層建筑工程概況：某高層建筑大廈，主要組成部分為一棟30層的寫(xiě)字樓、3層商業(yè)型附屬樓以及3層的地下室。整個(gè)高層建筑大廈的總占地面積為13800m2，建筑面積為462135m2，屋面所有的總結(jié)構(gòu)高度為132.60m。

（二）高層建筑框架核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體構(gòu)思

1、結(jié)構(gòu)類(lèi)型：高層建筑工程所采用的總體建筑結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)，將其與筒中筒結(jié)構(gòu)相對(duì)比，雖然在承載及對(duì)變形狀況的抵抗方面的能力較弱，但由于其能夠有效避免結(jié)構(gòu)堅(jiān)向抗側(cè)力構(gòu)件的一個(gè)轉(zhuǎn)換工序，因此，能夠?qū)ㄖ恼w效果及功能要求進(jìn)行較好的滿(mǎn)足。為解決建筑首層層高10.0m、結(jié)構(gòu)高度超限及減小柱截面等問(wèn)題，下部若干層采用鋼管混凝土組合柱，樓蓋采用現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土梁板體系[1]。在對(duì)核心筒結(jié)構(gòu)及水平位移的相關(guān)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算時(shí)，其基本性風(fēng)壓的取值范圍應(yīng)將100年的重現(xiàn)期作為依據(jù)，按其0.65kN/m2進(jìn)行取值確定。結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移無(wú)法對(duì)相應(yīng)的限值要求進(jìn)行滿(mǎn)足，在工程的第30層對(duì)建筑工程的避難層進(jìn)行合理利用，設(shè)置一個(gè)鋼筋混凝土桁架的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)層。結(jié)構(gòu)加強(qiáng)層的設(shè)置可以說(shuō)是有好有壞，一方面，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)層設(shè)置后可以將整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛硬度進(jìn)行有效加強(qiáng)，但另一方面也會(huì)使得整體結(jié)構(gòu)的豎向型剛硬度發(fā)生突變。因此，在結(jié)構(gòu)加強(qiáng)層的處理方面依照相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)處理。

2、超限措施：工程的主要結(jié)構(gòu)為平面形狀規(guī)則，承載力量及剛硬度也呈現(xiàn)一個(gè)較為均勻的分布，豎向型的體型分布也具有著規(guī)則均勻性，整體構(gòu)件上下能夠?qū)崿F(xiàn)全面的貫通。工程僅結(jié)構(gòu)高度方面的數(shù)值超過(guò)了限定范圍，其余指標(biāo)數(shù)值在進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整后均處于運(yùn)行范圍內(nèi)。由于整體核心筒結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上超過(guò)了一定的限值范圍，工程的首層高度為10.m。因此，相應(yīng)的工程超限應(yīng)對(duì)措施應(yīng)將重點(diǎn)放置于對(duì)首層及其余樓層的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的加強(qiáng)上。在工程建筑物的1~15層框架柱應(yīng)選用一種鋼管混凝土性質(zhì)的組合柱、1~2層的核心筒剪力墻的四周范圍應(yīng)進(jìn)行附加型鋼暗柱的設(shè)置、首層的震動(dòng)抵抗級(jí)別也相應(yīng)的提升一級(jí)。鋼管混凝土有著卓越的承載能力和變形能力，但其防腐和防火材料不僅造價(jià)較高還有時(shí)效性，需考慮今后的維修保養(yǎng)，鋼管混凝土疊加合柱及鋼管混凝土組合柱可彌補(bǔ)這方面的缺陷[2]。在核心筒的剪力墻四周進(jìn)行附加型鋼暗柱的設(shè)置，能夠有效解決因首層高度較大，剪力墻的應(yīng)力過(guò)于集中在端部的問(wèn)題，另外還可對(duì)剪力墻的綜合承載能力及變形狀況的抵抗能力進(jìn)行加強(qiáng)提升。

三、剪力墻平面外對(duì)梁端嵌固作用的分析

對(duì)于高層建筑的框架—核心筒結(jié)構(gòu)而言，有部分的框架梁應(yīng)設(shè)置在剪力墻的平面向外方向，進(jìn)行支撐處理。而對(duì)剪力墻平面外對(duì)梁端嵌固作用會(huì)產(chǎn)生不同程度影響的因素原因?yàn)椋杭袅Φ钠矫嫱鈧?cè)對(duì)于梁端嵌固作用的一個(gè)確切長(zhǎng)度、墻線(xiàn)風(fēng)度與梁線(xiàn)剛硬度之間的比例以及該樓層強(qiáng)的軸性壓力等。在現(xiàn)如今廣泛應(yīng)用的計(jì)算分析軟件功能中，雖然也包括了對(duì)剪力墻屏幕外剛硬度的分析，但其未對(duì)剪力墻的平面外側(cè)對(duì)于梁端嵌固作用的確切長(zhǎng)度進(jìn)行充分的考量，一旦墻肢過(guò)長(zhǎng)或是筒子體墻體的風(fēng)度偏大等情況發(fā)生，那么計(jì)算分析軟件在對(duì)嵌固作用進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，會(huì)出現(xiàn)失誤，其所計(jì)算出的數(shù)值會(huì)比實(shí)際數(shù)值大，因此，應(yīng)采用科學(xué)的應(yīng)對(duì)措施。

第一種方法：對(duì)梁端進(jìn)行水平腋的增加，以此進(jìn)行剪力墻的平面外側(cè)對(duì)于梁端嵌固作用確切長(zhǎng)度的相應(yīng)增加。

第二種方法：對(duì)剪力墻邊的框架進(jìn)行增加，以此幫助對(duì)局部剛硬度進(jìn)行有效加強(qiáng)。剪力墻邊的框架，其橫截面寬度至少應(yīng)為梁縱筋錨固長(zhǎng)度的0.4倍，而剪力墻框架梁的橫截面高度在與樓面的截面高度相比較大。為了確保梁端剪力能夠利用墻邊框梁的幫助進(jìn)行有效傳遞，并到達(dá)墻面，在剪力墻邊的梁寬出墻厚處應(yīng)進(jìn)行斜角的應(yīng)用，起到過(guò)渡的作用。為了達(dá)到是梁正的截面在設(shè)計(jì)時(shí)能夠更加符合實(shí)際受力需要的目的，在對(duì)梁端彎矩的相應(yīng)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)采用一種重復(fù)調(diào)幅的方式。重復(fù)調(diào)幅的方式主要是指在分析計(jì)算過(guò)程中，在對(duì)梁端彎矩的系數(shù)進(jìn)行設(shè)定后，在進(jìn)行配筋時(shí)運(yùn)用局部手算的方式進(jìn)行調(diào)幅。在進(jìn)行重復(fù)調(diào)幅的方法應(yīng)用時(shí)，應(yīng)著重對(duì)構(gòu)件的整體剛硬度、內(nèi)力重分布的一個(gè)充分性能、裂縫的展開(kāi)及變形狀況的需求滿(mǎn)足進(jìn)行考量。

四、核心筒的連梁設(shè)計(jì)

在核心筒剪力墻保持不變的情況下，連梁剛度尤其是核心筒外圈連梁剛度越大，核心筒所具有的抗扭剛度越大，應(yīng)保證連梁具有足夠的剛度[3]。在連梁的高度進(jìn)行相應(yīng)增加的同時(shí)，新的問(wèn)題也開(kāi)始突現(xiàn)，即連梁的超筋問(wèn)題。在高層建筑的框架核心筒結(jié)構(gòu)中，連梁占據(jù)了極為重要且關(guān)鍵的地位。連梁的主要作用是對(duì)各墻肢進(jìn)行有效連接，另外還會(huì)在震動(dòng)抵抗的過(guò)程中作為第一道的防線(xiàn)。因此，應(yīng)著重注意對(duì)連梁超筋問(wèn)題進(jìn)行妥善解決。在工程結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)中，主要遵循的設(shè)計(jì)原則是“強(qiáng)墻弱梁”，主要是一種集延性設(shè)計(jì)與優(yōu)良耗能性于一身的原則，其所采用的設(shè)計(jì)方式是多連梁。多連梁具體是指在框架核心筒結(jié)構(gòu)的模型試算進(jìn)行時(shí)，將門(mén)洞上方歸屬于連梁范圍內(nèi)，之后再根據(jù)計(jì)算后的結(jié)果數(shù)值進(jìn)行連梁截面高度的適當(dāng)調(diào)整，最終完成截面的合理設(shè)計(jì)。在多連梁之間運(yùn)用擠塑板進(jìn)行填縫處理，能夠在對(duì)連梁的剛硬度進(jìn)行合理弱化，使配筋具備科學(xué)合理性的同時(shí)，不會(huì)對(duì)其整體耗能能力及建筑結(jié)構(gòu)的剛硬度進(jìn)行不適當(dāng)?shù)慕档?。為了?duì)剪力分配不均的影響進(jìn)行充分考量，應(yīng)將多連梁中的單根梁剪力值進(jìn)行1.2倍的增大。在進(jìn)行整體的計(jì)算分析時(shí)，還應(yīng)對(duì)水平縫于剛度的影響進(jìn)行考量。

五、結(jié)語(yǔ)

在高層建筑結(jié)構(gòu)中，框架核心筒結(jié)構(gòu)是其中運(yùn)用較多的一種簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行深入的分析研究，對(duì)增強(qiáng)相關(guān)建筑物的整體質(zhì)量而言，具有極為重要的意義。通過(guò)科學(xué)的分析研究方式，能夠有效促進(jìn)建筑行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]李亞春.高層建筑框架核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析探討[J].中外建筑,2009(06):142-143

[2]林曉偉.淺談高層建筑框架核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2011(24):209

[3]孫垚.框架—核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析探討[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2011(07)58-60