超高層建筑混凝土框架核心筒結構設計幾點方案

唐琳恒

（黑龍江省光大建筑工程公司，黑龍江 哈爾濱150001）

1 工程概況

某廣場地處繁華地帶，是集商業、辦公、酒店式公寓等多項功能的建筑復合體，地下5 層、地上42 層（以及出屋面水箱間、構架等），主樓地上1 層至6 層為商業、 餐飲；7 層至14 層、16 層至23 層用于辦公；15 層、25 層為避難層；24 層為空中會所；26 層至42 層為項級酒店式公寓，房屋高度160m。 地下5 層主要用于機械式停車及設備機房，高度20.2m。屋面上有鋼構架圍護造型。裙房地上6 層（局部7 層），裙房屋頂標高為40.700m。 本工程采用框架-核心筒結構， 在地面以上主樓、裙房之間設置縫寬200mm 的抗震縫。

2 地基與基礎設計

擬建的工程場地地形平坦，為人工開挖的基坑。 場區地貌形態類型單一，巖石種類單一，巖脈發育，巖體強度較高；場區賦存地下水，主要為基巖裂隙水，根據水質分析結果判定，在強透水層和干濕交替的條件下，按最不利因素考慮，擬建場區地下水對混凝土無腐蝕性，對鋼筋混凝土中的鋼筋具有弱腐蝕性，對鋼結構具有弱腐蝕性。

3 結構設計

3.1 設計的基本參數

結構分析基本參數為基本風壓：0.7 kn／m （主樓，100 年一遇考慮）、0.6kn／m （裙房，50 年一遇考慮），地面粗糙度：b 類，特征周期：0.4s，地震荷載：6 度（0.05） ；場地類別：ii 類；地震分組：二組；抗震等級：框架2 級（裙房及主樓地下2 層～地下5 層為3 級），簡體2 級（主樓地下2 層～地下5 層為3 級），主樓加強層及上下各1 層框架、核心筒取1 級；結構阻尼比：取0.04。

3.2 計算分析及特點

本工程主要采用 “高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件-satwe”進行結構整體分析。 計算表明為風荷載起控制作用，結構位移控制指標按222m 取用即為1／584。 本工程主樓標準層建筑寬27.5m、內筒寬9.5m、長31.5m，外柱至內筒最遠距離12.8m、最近8.8m。 采用型鋼混凝土框架，鋼筋混凝土簡體結構，即：主塔采用混凝土簡體（考慮構造及延性在角部等內置h 型鋼骨，不參與計算），十字形鋼管混凝土芯柱，型鋼混凝土梁（辦公部分次梁采用混凝土梁）。 工程高寬比h=6.6＜7，內筒寬為總高的1／19。 內筒高寬比遠遠小于規范建議1／12，是本工程的最大特點。 為此綜合分析了不設加強層、設加強層（伸臂桁架方案）、設加強層（剛性墻方案）等幾種方案，分析計算表明需設置加強層以提高整體剛度。 計算過程中調整了墻肢及梁柱截面，為便于設備管線通過（工程兩個6m 層高的加強層同時也是設備層、避難層，設置了大體積混凝土水箱、電力機房），確定了伸臂桁架的結構加強方案。

3.3 設計中應注意的事項

1）由于下部以商業、辦公為主，上部以公寓為主，綜合考慮周期折減系數取0.8，以±0.00m 作為嵌固端（經樓層剪切剛度比較現有建筑條件可以滿足此結論）。

2）核心筒（26 層以下）短向兩端（⑩軸、⑩軸）壁厚800、其余壁厚500mm（除部分小隔墻200mm 厚），長向（④軸、⑥軸）壁厚800mm，柱采用鋼管混凝土芯柱1500mm， 內置十字形型鋼 （兩方向高均700mm，壁厚30mm），混凝土均為c60；核心筒（26 層及以上）短向兩端壁厚600mm、其余壁厚400mm（除部分小隔墻200mm 厚外），長向壁厚800mm，柱采用鋼管混凝土芯柱фl300mm，內置型鋼（兩方向高均為600mm，壁厚25mm），混凝土均為c50；鋼骨梁采用450mm×750mm及400mm×750mm， 內置型鋼h450×250× 16×25 及h450×200× 16×20，鋼構采用q345b；外框架鋼骨梁與鋼管混凝土芯柱剛接，連接外框柱與核心筒墻肢的鋼骨梁兩端剛接（為此對墻內未設有鋼柱處采用內置槽鋼與型鋼梁內鋼梁連接，并考慮塑性鉸外移），次梁均為鉸接；伸臂桁架豎桿及斜腹桿采用鋼骨混凝土截面，內置600×400×35 的鋼骨（計算時便于計算按純鋼構，混凝土起耐久作用）。

3）核心筒外樓面采用鋼筋混凝土樓板，協調外圍鋼框架與核心筒在水平荷載作用下的變形。

4）主樓地下室長約114m、寬約73.6m，±0.00 樓層考慮單向梁（間隔3m）方案、b2-b4 考慮了無梁樓蓋方案，b5 則考慮人防荷載。

5）由于風荷載起控制作用，連梁剛度折減系數取0.8。

主要計算結果如下： t1=5.5s、t2=4.7s、t3=3.5s；風荷載作用下的樓層層間位移角接近限值，同時考慮到抗震規范指出的多遇地震標準值產生的樓層內最大的彈性層間位移計算時，對彎曲變形為主的高層建筑可以扣除結構整體彎曲變形，故計算結有一定的剛度余量保證。 伸臂桁架斜腹桿的強屈比自下而上約為：0.7、0.5、0.4， 豎桿的強屈比白下而上約為：0.39、0.36、0.2。

3.4 型鋼混凝土框架的應用

本工程主要節點設計需考慮型鋼梁和混凝土墻內置鋼骨連接時鋼筋的布置， 為此與鋼構加工單位溝通， 采用十字柱和鋼骨梁節點，加快施工進度。 此外， 由于采用型鋼混凝土框架而非鋼框架，施工時不能使得混凝土簡體施工和外圍框架施工進度差別較大。

由于采用的混凝土等級較高， 設計提出建議采用含堿量＜0.6%的低堿水泥。 鋼結構焊接分為兩類，其中手工電弧焊要求采用e5015 或e5016 低氫型焊條，焊條應符合《低合金鋼焊條》（gb／t 5118）的規定。埋弧焊：="" 焊絲和焊劑采用f5014-h08mna 或f5014-h10mn2，應符合《埋弧焊用低合金鋼焊絲和焊劑》（gb／t12470-2003）的規定。 采用其它牌號時，熔敷金屬強度、延伸率、沖擊功等均應與q345b 相匹配，并經設計確認。 當采用CO2="" 氣體保護焊時，CO2應符合《焊接用二氧化碳》（hg／t2537）的規定：CO2含量應不低于99.9%，水蒸汽與乙醇總含量不得高于0.005%="" ， 并不得檢出液態水， 當瓶內氣壓低于1mpa時，應停止使用。 CO2焊接用焊絲采用er50—3，應符合《氣體保護電弧焊用碳鋼，低合金鋼焊絲》（gb／t="" 8110）的規定。 對厚度≥10mm 鋼板的拼接（全熔透焊縫），鋼柱與鋼梁上、下翼緣的全熔透焊縫，十字形柱、工字形柱在鋼梁及其上、下各600mm 范圍內的組合焊縫（全熔透焊縫），桁架與鋼柱連接的全熔透焊縫，十字形柱、工字形柱橫向加勁板與翼緣的全熔透焊縫，十字形柱、工字形柱翼緣安裝焊縫（全熔透焊縫）要求焊縫質量達到一級；工字形柱腹板的安裝焊縫（v 形坡口加墊板），十字柱腹板安裝焊縫（k 形坡口，反面清根焊），十字形柱腹板與翼緣的組合焊縫，十字形柱腹板與腹板的組合焊縫（一級焊縫除外，k形坡口，反面清根焊）要求焊縫質量達n 二級；貼角焊縫均為三級焊縫。鋼骨柱的分段基本以3 層1 段考慮。鋼骨梁根據計算彎剪結果，采用手工復核（包括地震組合和非地震組合）。

4 結語

綜上所述，對高度較高或高寬比較大的高層建筑可采用一個或多個加強層以提高結構整體剛度。 混合結構設計應考慮施工因素，注意節點設計與內置鋼骨的施工質量。