某高層框架—核心筒結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

賈 紹 雷

(深圳市國騰建筑設(shè)計咨詢有限公司上海分公司，上海 200336)

某高層框架—核心筒結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

賈 紹 雷

(深圳市國騰建筑設(shè)計咨詢有限公司上海分公司，上海 200336)

采用盈建科建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，對處于總體設(shè)計階段的某框架—核心筒結(jié)構(gòu)進行了計算分析，通過對計算結(jié)果的判別，確定了結(jié)構(gòu)優(yōu)化方向，得到了最優(yōu)的結(jié)構(gòu)布置方案，在保證結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了對項目主體結(jié)構(gòu)的成本管控工作。

高層建筑，框架—核心筒結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，成本管控

0 引言

近年來，隨著城市用地緊張，地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)拿地成本日益提升，因而地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)對項目開發(fā)成本管控工作越來越嚴格。建筑主體結(jié)構(gòu)成本作為土建成本管控的重要內(nèi)容也更加受到重視。以上海市某高層辦公樓的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計為例，從成本控制結(jié)合結(jié)構(gòu)安全、美觀的角度研究了高層建筑的主體結(jié)構(gòu)的最優(yōu)方案，并最終實現(xiàn)項目主體結(jié)構(gòu)成本的節(jié)約。

1 項目概況

本工程位于上海市黃浦區(qū)，總高91.6 m，地下3層，地上19層，標準層層高4.5 m，地上建筑面積為31 800 m2，主要功能為辦公，采用了框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系。項目設(shè)計單位為華東建筑設(shè)計研究總院，處于總體設(shè)計階段，受業(yè)主委托，我司對該項目進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.0?？拐鹪O(shè)防烈度為7度，設(shè)計地震分組為第一組；場地類別為Ⅳ類，特征周期為0.9 s[1]，結(jié)構(gòu)阻尼比取0.05，結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)為0.8。基本風壓為0.55 kPa,地面粗糙度為C類，風載體型系數(shù)取1.3。地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。塔樓高度超過80 m，框架及核心筒抗震等級[2]均為二級。

2 項目優(yōu)化難點

1)受建筑造型影響，水平及豎向的柱不完全在同一直線上，呈不規(guī)則排布，造成外框剛度分布不均勻，位移比易超出1.2[3]，如圖1所示；2)在建筑17層樓面標高有5根斜柱，用以轉(zhuǎn)換18層內(nèi)收的框架柱；3)地下室頂板局部開洞，在首層形成2根躍層柱，躍層柱高度在14 m，需適當提高躍層柱的抗震性能。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算

常規(guī)的框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系較為成熟，外框架和核心筒材料均采用混凝土比較經(jīng)濟。在了解了項目的優(yōu)化難點，結(jié)合現(xiàn)有建筑平面圖及結(jié)構(gòu)布置形式，對框架柱截面，框架梁截面，核心筒墻厚等分別進行了調(diào)整試算。

3.1 框架柱

塔樓首層為大堂，層高10 m，對兩根躍層框架柱，按照中震彈性的性能要求進行了復核，現(xiàn)有截面尺寸滿足要求；結(jié)構(gòu)首層剛度較弱，按文獻[2]中的3.5.2條判別:

(1)

首層與2層剛度比接近1，即首層接近薄弱層，綜合上述計算結(jié)果，不考慮對首層的水平及豎向構(gòu)件進行調(diào)整。該框架—核心筒結(jié)構(gòu)按文獻[2]的8.1.4條對框架柱進行了剪力調(diào)整。

Vf≥0.2V0

(2)

計算結(jié)果顯示，第11層～19層框架柱0.2V0調(diào)整系數(shù)在1.14～2.30之間，因而不對框架柱截面優(yōu)化。

3.2 框架梁

外框架梁截面及內(nèi)框架梁截面尺寸均較大，框架梁截面由整體剛度決定，配筋率較低，減小框架梁截面將適當降低整體剛度，梁的配筋率向經(jīng)濟配筋率靠近。2層以上外框架梁寬均為600 mm，框架柱截面在標高50.95 m以上為800 mm×800 mm，700 mm×700 mm,在該標高以上角部節(jié)點處框架梁鋼筋較難完整錨入框架柱內(nèi)，如圖2 所示。因而將梁寬變窄對于保證強節(jié)點,實現(xiàn)剛接有較為重要意義。對外框梁及內(nèi)框梁截面尺寸均進行了優(yōu)化。

3.3 墻肢

計算結(jié)果表明，墻肢在底部加強區(qū)以上均為構(gòu)造配筋，在保證整體剛度的基礎(chǔ)上對地上2層～10層的W3墻肢厚度進行了優(yōu)化，優(yōu)化后的墻肢配筋仍舊保持為構(gòu)造，在減薄墻厚的同時減少了墻肢配筋。

4 優(yōu)化結(jié)果對比

通過對上述水平及豎向構(gòu)件的優(yōu)化計算，最終確定了結(jié)構(gòu)的整體指標，并得到了最終的構(gòu)件尺寸，即最優(yōu)尺寸。框架梁的配筋率在更經(jīng)濟的范圍內(nèi)，墻肢仍舊保持為構(gòu)造配筋，與設(shè)計單位溝通后最終落實到施工圖紙中。結(jié)構(gòu)優(yōu)化前和優(yōu)化后的整體指標如表1所示，優(yōu)化前和優(yōu)化后的水平及豎向構(gòu)件尺寸如表2所示。

表1 塔樓整體指標優(yōu)化前后對比表

從表1可以看出，優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的塔樓整體各項指標仍舊滿足規(guī)范要求，其中變化較大的為結(jié)構(gòu)第一平動周期方向由以Y向平動為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐訶向平動為主，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)位移比減少。

表2 優(yōu)化前后截面尺寸對比表

從表2可以看出，框架梁截面的優(yōu)化率在20%～25%，豎向墻肢W3的優(yōu)化率在10%。在有效減少混凝土材料用量的同時，鋼筋用量也進一步降低，從而實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)成本的管控工作。

外框梁截面的寬度變窄，有利于斜向連接的框架梁鋼筋達到錨固長度要求，錨固效果更加良好,實現(xiàn)節(jié)點剛接。

W3墻肢厚度總計減薄10 cm，在節(jié)省材料的同時，將增加辦公使用空間。

5 結(jié)語

通過對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)模型計算分析，明確了框架梁及墻肢為優(yōu)化對象，在滿足規(guī)范要求的情況下實現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)布置的優(yōu)化，達到了在設(shè)計階段對結(jié)構(gòu)成本管控的效果。目前該項目施工圖審圖已經(jīng)通過，開始主體結(jié)構(gòu)施工。

[1] DG J08—9—2013，建筑抗震設(shè)計規(guī)程[S].

[2] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

The optimization design of a high-rise frame-core tube structure

Jia Shaolei

(ShanghaiBranch,ShenzhenGuotengArchitecturalDesignConsultingLimitedCompany,Shanghai200336,China)

Using the Yingjianke building structure design software, this paper calculated and analyzed a frame-core tube structure in overall design stage, through the discrimination on calculation of structure, determination the structure optimization direction, obtained the optimization structure layout scheme, based on ensuring the structure safety, realized the cost control work to project main structure.

high-rise building, frame-core tube structure, structure optimization, cost control

1009-6825(2017)01-0072-02

2016-10-26

賈紹雷(1983- )，男，碩士，工程師

TU973

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