淺談型鋼混凝土框架—混凝土核心筒設(shè)計(jì)

朱志榮

摘 要：框架—核心筒結(jié)構(gòu)，利用建筑功能的需要在內(nèi)部組成實(shí)體筒作為主要抗側(cè)力構(gòu)件，在內(nèi)筒外布置大柱距的框架，具有一定的可利用空間，由于平面的規(guī)則性與內(nèi)部核心筒的穩(wěn)定性抗側(cè)力作用的空間有效性，其力學(xué)性功能優(yōu)于一般的框架剪力墻結(jié)構(gòu)。是常用的高層結(jié)構(gòu)體系之一。

關(guān)鍵詞：型鋼混凝土 核心筒 框架

中圖分類號(hào)：TU99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（c）-0084-01

1 工程概況

本工程為中心廣場(chǎng)北擴(kuò)綜合安置區(qū)項(xiàng)目（BCD#樓），位于西寧市城中區(qū)長(zhǎng)江路以東，西寧市地稅局以南，地上45層，一～六層為商業(yè)及辦公大堂，7層以上功能為辦公，其中11，26，36層為避難層，地下4層，地下三、4層為地下停車，地下一，2層為主要的設(shè)備機(jī)房及商業(yè)，結(jié)構(gòu)高度185.400 m，地下一層及以上：框架一級(jí)， 剪力墻一級(jí)地下1層以下：框架二級(jí)，剪力墻一級(jí)。基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)+后壓漿混凝土灌注樁。標(biāo)準(zhǔn)層平面圖見圖1。

本工程為丙類，場(chǎng)地地震基本烈度7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度：0.10 g，設(shè)計(jì)地震分組：第三組，建筑場(chǎng)地類別：Ⅱ類，場(chǎng)地特征周期值：0.45（s）。

計(jì)算結(jié)果主要指標(biāo)。

初步確定結(jié)構(gòu)方案為框筒結(jié)構(gòu)。框筒結(jié)構(gòu)可采用鋼筋混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)以及型鋼混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒兩種結(jié)構(gòu)形式，即所謂的混凝土結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)。混合結(jié)構(gòu)質(zhì)量小，地震效應(yīng)小，延性較混凝土結(jié)構(gòu)要好，故本工程方案設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土型鋼混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系。

框架柱尺寸由軸壓比控制，為了增加結(jié)構(gòu)延性，本工程框架柱軸壓比控制在0.65。為減小柱截面，采用型鋼混凝土柱，含鋼量在4%～6%，型鋼混凝土柱截面底層最大為1800×1800，沿樓層逐漸收縮至1000×1000。剪力墻厚度底層最大為1100，沿樓層逐漸收至500，由于建筑平面為長(zhǎng)方形，為了減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，盡量將剪力墻布置在外圈，已滿足扭轉(zhuǎn)周期與平動(dòng)周期的比值要求?？蚣苤g距以及與核心筒之間間距為9 m左右，框架梁采用型鋼梁，尺寸取為500×650～500×850。

混合結(jié)構(gòu)外圍框架剛度較小，需要加強(qiáng)混凝土核心筒的側(cè)向承載能力，以保證核心筒的抗震性能。為提高核心筒的延性，需在核心筒角部設(shè)置型鋼，并加強(qiáng)角部配筋，以保證筒體角部的延性和受力性能。但由于本工程結(jié)構(gòu)主要由層間位移角控制設(shè)計(jì)，使得混合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)不能充分發(fā)揮，且結(jié)構(gòu)總高度不到200 m，也可以采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系。

（1）對(duì)于100～200 m的超高層建筑，混合結(jié)構(gòu)體系與混凝土結(jié)構(gòu)體系兩種結(jié)構(gòu)體系均適用?；旌辖Y(jié)構(gòu)體系與混凝土結(jié)構(gòu)體系相比，總質(zhì)量減小約20%，風(fēng)載效應(yīng)增大約10%，地震效應(yīng)減小約15%～25%，梁柱構(gòu)件尺寸減小，有效使用面積增加。

（2）外圍框架部分的剛度，能否起到二道防線作用，是這兩種結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)的核心問題。框架部分按側(cè)向剛度分配的樓層地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值的最大值不宜小于結(jié)構(gòu)底部總剪力標(biāo)準(zhǔn)值的10%。混凝土結(jié)構(gòu)可達(dá)12%～23%，而混合結(jié)構(gòu)只有8%～13.4%?；旌辖Y(jié)構(gòu)外圍框架的剛度設(shè)計(jì)應(yīng)具體斟酌，不應(yīng)過弱，當(dāng)不滿足10%的要求時(shí)，各層框架地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按結(jié)構(gòu)底部總剪力標(biāo)準(zhǔn)值的15%進(jìn)行調(diào)整。

（3）混合結(jié)構(gòu)體系應(yīng)更加重視和加強(qiáng)核心筒的設(shè)計(jì)。兩種結(jié)構(gòu)形式內(nèi)部核心筒的尺度、剛度相差不大，變化大的僅是外圍框架部分?；旌峡蚣鼙然炷量蚣軇偠刃?，分擔(dān)的地震剪力更小，整個(gè)建筑的抗震性能很大程度取決于核心筒，保證核心筒的延性十分重要。當(dāng)框架按剛度計(jì)算分配的最大樓層地震剪力小于結(jié)構(gòu)總地震剪力的10%時(shí)，核心筒承擔(dān)的地震作用應(yīng)加大，甚至讓筒體具有承擔(dān)100%的地震剪力的能力。規(guī)范規(guī)定此時(shí)核心筒墻體地震剪力宜乘以1.1增大系數(shù)，而且將核心筒抗震等級(jí)提高一級(jí)

本項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)整體分析采用的是中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM系列軟件SATWE，采用了中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM系列軟件PMSAP進(jìn)行了分析比較。并進(jìn)行了多遇地震下彈性時(shí)程分析和罕遇地震下彈塑性靜力分析。endprint

摘 要：框架—核心筒結(jié)構(gòu)，利用建筑功能的需要在內(nèi)部組成實(shí)體筒作為主要抗側(cè)力構(gòu)件，在內(nèi)筒外布置大柱距的框架，具有一定的可利用空間，由于平面的規(guī)則性與內(nèi)部核心筒的穩(wěn)定性抗側(cè)力作用的空間有效性，其力學(xué)性功能優(yōu)于一般的框架剪力墻結(jié)構(gòu)。是常用的高層結(jié)構(gòu)體系之一。

關(guān)鍵詞：型鋼混凝土 核心筒 框架

中圖分類號(hào)：TU99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（c）-0084-01

1 工程概況

本工程為中心廣場(chǎng)北擴(kuò)綜合安置區(qū)項(xiàng)目（BCD#樓），位于西寧市城中區(qū)長(zhǎng)江路以東，西寧市地稅局以南，地上45層，一～六層為商業(yè)及辦公大堂，7層以上功能為辦公，其中11，26，36層為避難層，地下4層，地下三、4層為地下停車，地下一，2層為主要的設(shè)備機(jī)房及商業(yè)，結(jié)構(gòu)高度185.400 m，地下一層及以上：框架一級(jí)， 剪力墻一級(jí)地下1層以下：框架二級(jí)，剪力墻一級(jí)。基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)+后壓漿混凝土灌注樁。標(biāo)準(zhǔn)層平面圖見圖1。

本工程為丙類，場(chǎng)地地震基本烈度7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度：0.10 g，設(shè)計(jì)地震分組：第三組，建筑場(chǎng)地類別：Ⅱ類，場(chǎng)地特征周期值：0.45（s）。

計(jì)算結(jié)果主要指標(biāo)。

初步確定結(jié)構(gòu)方案為框筒結(jié)構(gòu)?？蛲步Y(jié)構(gòu)可采用鋼筋混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)以及型鋼混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒兩種結(jié)構(gòu)形式，即所謂的混凝土結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)。混合結(jié)構(gòu)質(zhì)量小，地震效應(yīng)小，延性較混凝土結(jié)構(gòu)要好，故本工程方案設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土型鋼混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系。

框架柱尺寸由軸壓比控制，為了增加結(jié)構(gòu)延性，本工程框架柱軸壓比控制在0.65。為減小柱截面，采用型鋼混凝土柱，含鋼量在4%～6%，型鋼混凝土柱截面底層最大為1800×1800，沿樓層逐漸收縮至1000×1000。剪力墻厚度底層最大為1100，沿樓層逐漸收至500，由于建筑平面為長(zhǎng)方形，為了減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，盡量將剪力墻布置在外圈，已滿足扭轉(zhuǎn)周期與平動(dòng)周期的比值要求?？蚣苤g距以及與核心筒之間間距為9 m左右，框架梁采用型鋼梁，尺寸取為500×650～500×850。

混合結(jié)構(gòu)外圍框架剛度較小，需要加強(qiáng)混凝土核心筒的側(cè)向承載能力，以保證核心筒的抗震性能。為提高核心筒的延性，需在核心筒角部設(shè)置型鋼，并加強(qiáng)角部配筋，以保證筒體角部的延性和受力性能。但由于本工程結(jié)構(gòu)主要由層間位移角控制設(shè)計(jì)，使得混合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)不能充分發(fā)揮，且結(jié)構(gòu)總高度不到200 m，也可以采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系。

（1）對(duì)于100～200 m的超高層建筑，混合結(jié)構(gòu)體系與混凝土結(jié)構(gòu)體系兩種結(jié)構(gòu)體系均適用。混合結(jié)構(gòu)體系與混凝土結(jié)構(gòu)體系相比，總質(zhì)量減小約20%，風(fēng)載效應(yīng)增大約10%，地震效應(yīng)減小約15%～25%，梁柱構(gòu)件尺寸減小，有效使用面積增加。

（2）外圍框架部分的剛度，能否起到二道防線作用，是這兩種結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)的核心問題。框架部分按側(cè)向剛度分配的樓層地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值的最大值不宜小于結(jié)構(gòu)底部總剪力標(biāo)準(zhǔn)值的10%?；炷两Y(jié)構(gòu)可達(dá)12%～23%，而混合結(jié)構(gòu)只有8%～13.4%?；旌辖Y(jié)構(gòu)外圍框架的剛度設(shè)計(jì)應(yīng)具體斟酌，不應(yīng)過弱，當(dāng)不滿足10%的要求時(shí)，各層框架地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按結(jié)構(gòu)底部總剪力標(biāo)準(zhǔn)值的15%進(jìn)行調(diào)整。

（3）混合結(jié)構(gòu)體系應(yīng)更加重視和加強(qiáng)核心筒的設(shè)計(jì)。兩種結(jié)構(gòu)形式內(nèi)部核心筒的尺度、剛度相差不大，變化大的僅是外圍框架部分?；旌峡蚣鼙然炷量蚣軇偠刃。謸?dān)的地震剪力更小，整個(gè)建筑的抗震性能很大程度取決于核心筒，保證核心筒的延性十分重要。當(dāng)框架按剛度計(jì)算分配的最大樓層地震剪力小于結(jié)構(gòu)總地震剪力的10%時(shí)，核心筒承擔(dān)的地震作用應(yīng)加大，甚至讓筒體具有承擔(dān)100%的地震剪力的能力。規(guī)范規(guī)定此時(shí)核心筒墻體地震剪力宜乘以1.1增大系數(shù)，而且將核心筒抗震等級(jí)提高一級(jí)

本項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)整體分析采用的是中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM系列軟件SATWE，采用了中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM系列軟件PMSAP進(jìn)行了分析比較。并進(jìn)行了多遇地震下彈性時(shí)程分析和罕遇地震下彈塑性靜力分析。endprint

摘 要：框架—核心筒結(jié)構(gòu)，利用建筑功能的需要在內(nèi)部組成實(shí)體筒作為主要抗側(cè)力構(gòu)件，在內(nèi)筒外布置大柱距的框架，具有一定的可利用空間，由于平面的規(guī)則性與內(nèi)部核心筒的穩(wěn)定性抗側(cè)力作用的空間有效性，其力學(xué)性功能優(yōu)于一般的框架剪力墻結(jié)構(gòu)。是常用的高層結(jié)構(gòu)體系之一。

關(guān)鍵詞：型鋼混凝土 核心筒 框架

中圖分類號(hào)：TU99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（c）-0084-01

1 工程概況

本工程為中心廣場(chǎng)北擴(kuò)綜合安置區(qū)項(xiàng)目（BCD#樓），位于西寧市城中區(qū)長(zhǎng)江路以東，西寧市地稅局以南，地上45層，一～六層為商業(yè)及辦公大堂，7層以上功能為辦公，其中11，26，36層為避難層，地下4層，地下三、4層為地下停車，地下一，2層為主要的設(shè)備機(jī)房及商業(yè)，結(jié)構(gòu)高度185.400 m，地下一層及以上：框架一級(jí)， 剪力墻一級(jí)地下1層以下：框架二級(jí)，剪力墻一級(jí)?；A(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)+后壓漿混凝土灌注樁。標(biāo)準(zhǔn)層平面圖見圖1。

本工程為丙類，場(chǎng)地地震基本烈度7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度：0.10 g，設(shè)計(jì)地震分組：第三組，建筑場(chǎng)地類別：Ⅱ類，場(chǎng)地特征周期值：0.45（s）。

計(jì)算結(jié)果主要指標(biāo)。

初步確定結(jié)構(gòu)方案為框筒結(jié)構(gòu)?？蛲步Y(jié)構(gòu)可采用鋼筋混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)以及型鋼混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒兩種結(jié)構(gòu)形式，即所謂的混凝土結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)?；旌辖Y(jié)構(gòu)質(zhì)量小，地震效應(yīng)小，延性較混凝土結(jié)構(gòu)要好，故本工程方案設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土型鋼混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系。

框架柱尺寸由軸壓比控制，為了增加結(jié)構(gòu)延性，本工程框架柱軸壓比控制在0.65。為減小柱截面，采用型鋼混凝土柱，含鋼量在4%～6%，型鋼混凝土柱截面底層最大為1800×1800，沿樓層逐漸收縮至1000×1000。剪力墻厚度底層最大為1100，沿樓層逐漸收至500，由于建筑平面為長(zhǎng)方形，為了減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，盡量將剪力墻布置在外圈，已滿足扭轉(zhuǎn)周期與平動(dòng)周期的比值要求?？蚣苤g距以及與核心筒之間間距為9 m左右，框架梁采用型鋼梁，尺寸取為500×650～500×850。

混合結(jié)構(gòu)外圍框架剛度較小，需要加強(qiáng)混凝土核心筒的側(cè)向承載能力，以保證核心筒的抗震性能。為提高核心筒的延性，需在核心筒角部設(shè)置型鋼，并加強(qiáng)角部配筋，以保證筒體角部的延性和受力性能。但由于本工程結(jié)構(gòu)主要由層間位移角控制設(shè)計(jì)，使得混合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)不能充分發(fā)揮，且結(jié)構(gòu)總高度不到200 m，也可以采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系。

（1）對(duì)于100～200 m的超高層建筑，混合結(jié)構(gòu)體系與混凝土結(jié)構(gòu)體系兩種結(jié)構(gòu)體系均適用。混合結(jié)構(gòu)體系與混凝土結(jié)構(gòu)體系相比，總質(zhì)量減小約20%，風(fēng)載效應(yīng)增大約10%，地震效應(yīng)減小約15%～25%，梁柱構(gòu)件尺寸減小，有效使用面積增加。

（2）外圍框架部分的剛度，能否起到二道防線作用，是這兩種結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)的核心問題。框架部分按側(cè)向剛度分配的樓層地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值的最大值不宜小于結(jié)構(gòu)底部總剪力標(biāo)準(zhǔn)值的10%?；炷两Y(jié)構(gòu)可達(dá)12%～23%，而混合結(jié)構(gòu)只有8%～13.4%?；旌辖Y(jié)構(gòu)外圍框架的剛度設(shè)計(jì)應(yīng)具體斟酌，不應(yīng)過弱，當(dāng)不滿足10%的要求時(shí)，各層框架地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按結(jié)構(gòu)底部總剪力標(biāo)準(zhǔn)值的15%進(jìn)行調(diào)整。

（3）混合結(jié)構(gòu)體系應(yīng)更加重視和加強(qiáng)核心筒的設(shè)計(jì)。兩種結(jié)構(gòu)形式內(nèi)部核心筒的尺度、剛度相差不大，變化大的僅是外圍框架部分?；旌峡蚣鼙然炷量蚣軇偠刃。謸?dān)的地震剪力更小，整個(gè)建筑的抗震性能很大程度取決于核心筒，保證核心筒的延性十分重要。當(dāng)框架按剛度計(jì)算分配的最大樓層地震剪力小于結(jié)構(gòu)總地震剪力的10%時(shí)，核心筒承擔(dān)的地震作用應(yīng)加大，甚至讓筒體具有承擔(dān)100%的地震剪力的能力。規(guī)范規(guī)定此時(shí)核心筒墻體地震剪力宜乘以1.1增大系數(shù)，而且將核心筒抗震等級(jí)提高一級(jí)

本項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)整體分析采用的是中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM系列軟件SATWE，采用了中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM系列軟件PMSAP進(jìn)行了分析比較。并進(jìn)行了多遇地震下彈性時(shí)程分析和罕遇地震下彈塑性靜力分析。endprint