高层建筑框架一核心筒结构设计分析

高层建筑框架一核心筒结构设计分析

摘要：文章根椐筒体结构的特点，结合工程案例对简体结构特别是框架一核心筒结构从概念设计、计算程序选取、结构计算参数的选取、平面布置、构造要求等方面进行了探析，以完善框架一核心筒结构设计。

关键词：框架一核心筒结构，高层建筑，设计，构造

引言

简体结构是由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用的高层建筑结构。筒体结构主要包含以下两种：

（1）筒结构：由核心筒与外围框筒组成的高层建筑结构；

（2）框架一核心筒结构：由核心筒与外围的稀柱框架组成的高层建筑结构。

框架一核心筒结构周边柱子的柱距比较大，一般为8m～12m，它和沿周边的梁构成了外框架，中间为电梯井、楼梯间、管道井等构成的核心筒，受力特点类似框架一剪力墙。某工程建筑面积12726.35m2。地下2层为车库，地上3层为商业，地上4层—22层为写字楼或公寓。檐口高度71.800m，装饰构件高度为78.800m。该工程的抗震设防烈度为8度，抗震设防类别为丙类，结构抗震等级为剪力墙一级，框架一级。

1计算程序选取

框架核心筒的结构分析应符合《高层建筑混凝土结构技术规程》(以下简称为《高规》)和《建筑抗震设计规范》的有关规定，采用三维空问分析方法进行内力分析，对B类高度或体型复杂的筒体结构应采用两个或两个以上不同力学模型的空间分析程序进行内力分析和比较，考虑双向水平地震下的扭转地震作用效应，并应采用时程分析进行多遇地震下的补充计算。本工程为A类建筑高度，结构整体分析采用SATWE和TAT两种软件分析计算结构，并优化了结构方案。

2结构计算参数的选取

（1）设计基准期50年，使用年限50年，安全等级为二级，地基设计等级为乙级；

（2）本工程抗震设防烈度为8度，地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.20g，建筑抗震设防类别为丙类；

（3）基本风压为0.40kN/m2，对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑(一般高度大于60m的高层建筑)，其基本风压应按100年重现期的风压值。因此基本风压取0.45kN／m2，地面粗糙为C类，风压体形系数、风压高度变化系数及风振系数均按GB50009—2001建筑结构荷载规范的规定采用，楼面活荷载标准值按荷载规范取值。

3主要结构构件截面

核心筒框架柱和边框架梁截面尺寸与混凝土等级见表1

表1核心筒框架柱和边框架梁截面尺寸与混凝土等级

4框架一核心筒平面布置

图1标准层结构平面布置层

（1）核心筒宜贯通建筑物全高。核心筒的宽度不宜小于简体总高的1/12，当筒体结构设置角筒、剪力墙或增强结构整体刚度的构件时，核心筒的宽度可适当减小。本工程核心筒高度为71.800m，最小宽度为8.250m，高宽比为1/8.7，满足要求；

（2）核心筒的周边宜闭合，楼梯、电梯间应布置混凝土内墙；核心筒应具有良好的整体性；

（3）核心筒外墙的截面厚度不应小于层高的1/0及200mm，对一、二级抗震设计的底部加强部位不宜小于层高的1/16及200mm．，不满足时，应按本规程附录D计算墙体稳定，必要时可增设扶壁柱或扶壁墙；在满足承载力要求以及轴压比限值(仅对抗震设计)时，核心筒内墙可适当减薄，但不应小于160mm。又因为有框架梁支承在核心筒上，核心筒的外墙厚度宜大于0．4LAE(梁纵向受力钢筋的锚固长度)，工程中框架梁钢筋最大为25mm抗震等级为一级。工程核心筒外墙的截面厚度为400mm，满足以上要求；

（4）核心筒外墙较大的门洞宜上下竖向连续布置，以使其内力变化保持连续性；

（5）工程标准层的层高为3300mm，门及设备洞口高度为2100mm，连梁高度取值从400mm—1200mm逐步变化，而整体计算结构也随之变化。比较分析见表2。最终工程标准层采用400mm—1200mm高的连梁。标准层结构平面布置图见图l。

表2计算结果分析

5构造要求

（1）简体墙的加强部位、边缘构件的设置以及配筋设计，应符合《高规》第7章的有关规定。抗震设计时，框架一核心筒结构的核心筒和筒中筒结构的内筒，应按《高规》第7.2.15～7.2.17条的规定设置约束边缘构件或构造边缘构件，其底部加强部位在重力荷载作用下的墙体轴压比不宜超过《高规》表7.2.14的规定。

（2）简体结构的楼盖外角宜设置双层双向钢筋，单层单向配筋率不宜小于0.3%，钢筋的直径不应小于8mm，间距不应大于150mm，配筋范围不宜小于外框架(或外筒)至内筒外墙中距的1/3和3m。

（3）跨高比不大于2的框筒梁和内筒连梁宜采用交叉暗撑；跨高比不大于1的框筒梁和内筒连梁应采用交叉暗撑，且应符

合下列规定：梁的截面宽度不宜小于300mm；全部剪力应由暗撑承担。每根暗撑应由4根纵向钢筋组成，纵筋直径不应小于14mm，做法见图2，总面积A应按下列公式计。

无地震作用组合：；

有地震作用组合：。

图2连梁交叉暗撑（JC）示意图

6结束语

（1）核心筒为框架核心筒的主要抗侧力结构，因绝对保证核心筒的整体性和足够的刚度。

（2）框架一核心筒在强烈地震作用下，框架柱的损坏程度远大于核心筒，必须按《高规》调整各框架柱的地震剪力。

（3）影响剪力墙平面外对梁端嵌固作用的主要因素：墙平面外对梁端嵌固作用有效长度、墙线刚度与梁线刚度之比和墙在该层的轴压力等等。为加强墙平面外对梁端嵌固作用，可采取梁端水平加腋法、增加墙边框梁方法，梁端弯矩可采用“调幅再调幅”方法。

（4）连梁属于深弯梁和深梁的范畴，正截面承载力计算时，不能按杆系模型计算，连粱截面选取对核心筒抗弯能力与整体刚度有很大的影响。

参考文献

[1]阮永辉,吕西林.带水平加强层的超高层结构的力学性能分析[J].结构分析,2000(4).

[2]高层建筑混凝土结构技术规范JGJ3—2002.北京：中国建筑工业出版社，2002.

[3]高层建筑结构设计建议上海科学技术出版社，2003．

[4]建筑地基基础设计规范GB50007—2002.北京：中国建筑工业出版社，2002.

[5]混凝土结构设计规范GB50010-2002.北京：中国建筑工业出版社，2002.

[6]建筑抗震设计规范GB50011—2001.北京：中国建筑工业出版社，2001.