高层建筑框架核心筒结构设计分析探讨 鲁崇心

高层建筑框架核心筒结构设计分析探讨鲁崇心

摘要：本文结合笔者多年作者经验及工程实践，对高层建筑框架核心筒结构设

计进行分析探讨。

关键词：高层框架；核心筒；剪力墙

1、工程概况

该项工程分为地上和地下两个部分，地下部分的两层用于停车场的建设，包

括到底板厚度在内总共有11.1m，基础埋深大约超过整个系统高度的1/15。地上

部分用于办公和商业公寓。办公楼有25层，高宽之比为3.4<6，采用框架核心筒

结构（筒宽8.40m，长14.80mm，两者之比10.7小于12），公寓楼为32层，高

宽比为10.7<12。办公楼和商业公寓楼分别90.6m和99.0m。

基于该项工程是高层建筑并且处于沿海地带，所以不仅要考虑到它的抗震能

力更要注意它抵抗风压的能力。因此，此项工程的抗震设防烈度定为通常的6度，分组为地震的第二组，它的风压按照1000a的重现期定为0.70KN/m2，风荷载体

型系数为1.4。

2、结构设计

2.1结构平面布置

整个工程的空间平面分布的比较均匀规则，考虑到整个系统的复杂性和塔楼

间作用力的相互影响，所以将塔楼和裙房间保留了一条自下而上的140mm宽的

防震缝隙，这样有效的提高了整个系统的质量以及刚性，保证了整个大厦的稳定性。依据整个平面的布局，该工程采用的是框架—剪力核心筒结构，整个核心筒

的剪力墙和外围的框架柱全部使用了钢筋混凝土，剪力墙结构用钢筋混凝土墙板

来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水

平力。钢筋混凝土墙板能承受竖向和横向的作用力，极高的刚度保证了剪力墙能

够承受住横向作用力以及框架柱能够支撑起整个竖直方向的压力，同时也使得空

间整体性好，房间内不外露梁、柱棱角，便于室内布置，方便使用。在各层的格

局上，普通的楼面梁采用的是普通梁，但是楼板使用的是实心板。综合以上的材

料分配，可以看出在保证质量的前提下整个工程合理分配了的力量的支撑点，也

避免了不必要的材料浪费。虽然楼板一般受力不多，但是它是每个楼层人群活动

的载体，所以它的受力一般也不均匀，为了保证楼板能够承受住最大的作用力，

所以楼板也是以现浇混凝土的方式加固了。除此之外，无论是地下室楼板还是屋

顶都以同样的方式适当加固了考虑到整个系统的稳定性，整个系统的楼板和筒体

都是不留任何缝隙的整体浇灌混凝土。整个结构的标准平面构造如图1。

图1结构标准层配置图

2.2结构立面布置

基于该工程立体方向比较规则，所以不论是系统的框架柱、核心筒截面还是

混凝土的强度都是自下而上均匀的逐渐变小，整个过程的变化都是非常规则的。

另外核心筒部分的剪力墙也是上下连续，只有外围的框支架的部分梁柱会有调整，所以相邻间的楼层刚度的变化也是保持在一个很小的范围之内，只需在收缩层处

需要通过加强框架梁来提高该层的刚度。立体方向需要重点考虑的是核心筒的承

重问题，核心筒虽然主要承载的是水平方向的重量，但是也要考虑到它在超载情

况下引起的墙体裂开以及刚度的降低后的延伸问题，所以在充分考虑该处的受力

情况后，在核心筒在与外框架连接的地方和开口处都添加了框架柱以保证两者连

接的可靠性。

2.3基础设计

基于万丈高楼平地起的关键是基础设计，所以整个工程的基础必须要考虑全面，其中包含底部的受力，人防的程度以及液体渗透等问题。整个系统的使用的

是强风化的闪长岩基底持力层，一般的框架柱下面使用的是墩基加防水板，高层

塔楼部分下面使用的是筏板基础，其他的各个部分全都使用带型基础加防水板。

一般地下部分都要考虑到人防，所以按照五级人防的标准，地下第一层的顶板上

面会有1.5m的土壤覆盖在上面，负载较重，为了既减少基岩的挖掘又要保证楼

层高度，所以地下部分的梁板采用宽扁梁。

地下基础的牢固不仅要考虑承载能力还要考虑地下水的渗透和浮力问题，一

般地下水位为1.0m，所以地下室要采取抗浮措施，例如锚杆。另外在地下部分的建筑之间要严密衔接不留任何缝隙，同时还要加固衔接处。在整个建筑的表面也

要考虑到雨水的作用给混凝土带来的收缩性问题，由于塔楼与裙房之间的高度不

一致，因此在裙房的凹处要设置后浇带，减少雨水导致的混凝土的收缩应力和沉

降系数引起的次应力。

2.4构造措施

在充分考虑整个工程的稳定性的基础上，整个工程中的每个单元的结构形状

以及刚性程度就必然需要保持均匀，所以对于每一面墙体的墙厚以及取向都会有

相应的要求。例如，一般的剪力墙的墙厚要求保持在200mm到300mm之间，长肢剪力墙和短肢剪力墙需要双向布置挂直对齐，使得整个水平方向的作用中心尽

可能的靠近水平方向合理的作用线上。另外，长肢剪力墙的厚度是短肢剪力墙的

5倍多，不仅充分发挥了所有材料的性能，整个结构的受力也更加均匀，提高了

系统的稳固性，抗震能力加强。基于大楼楼层较高，下面楼层的承重压力过大，

所以下面五层的墙面会更加加固，它们的外墙厚度超过普通的300mm，无论水平方向还是竖直方向的钢筋都是φ12mm@150mm；而5层以上的墙面厚度在

200mm至300mm之间，使用的钢筋规格低于φ10mm@150mm-200mm。相比较

长肢剪力墙而言，短肢剪力墙一般容易在压弯曲前的综合状态下工作，所以墙体

必须要加厚而且是双面配筋，使得它能够抵抗外界环境的干扰，保持自身稳定性，同时也有利于高楼施工。

3、结构分析

3.1计算原则

该工程采用一般的高层建筑空间结构空间有限元分析与设计软件SATWE进行

分析。全面考虑到该系统的可变因素，采取合理的计算方式。整个结构的竖直方

向要考虑到在重力作用，风压作用以及有可能遇到地震时所引起的内力和错位等

复杂情况，这些方面的计算是有弹性的。而框架梁和连接梁等等一些局部构件要

考虑到相互连接到一起时所引起的内力分布变化，楼板在其所在平面内的刚性是

没有限制的。在进行重力作用分析时，不仅仅要考虑到楼层间的客观压力因素，

还要考虑到整个系统施工过程中对各个元件的影响。而在进行风作用的效应分析时，尽管受到两个相反方向的作用力不同，但是在实际分析时是以受到的最大的

风荷载量来分析的。进行抗震分析时，要考虑平扭藕联来计算整个结构的变形作用。抗震规范条文说明振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量90%所需的

振型数。这个工程的振型数取36，符合抗震要求。在进行内力和错位分析时，整个机构的计算包括了地下的两层停车场，也充分考虑到了地面下部墙面受到的回

填土的压力作用。整个楼面的框架梁和核心筒采用的是刚性连接，主要是在框架

梁和剪力墙的内部实现的。