框架-核心筒結構筒體平面尺寸取值研究

梁俊峰

（湖北工業大學，湖北 武漢 430000）

框架-核心筒結構筒體平面尺寸取值研究

梁俊峰

（湖北工業大學，湖北 武漢 430000）

鋼筋混凝土框架-核心筒結構是當前高層建筑采用最廣泛的結構形式之一，而筒體結構是重要的抗側力構件，其尺寸的合理取值尤為重要。《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3—2010對不同類型的結構最大適用高度作了相關規定，其中 9.2.1條“核心筒的寬度不宜小于筒體總高的1/12”的規定過于籠統。文章建立了19個模型，選用SAP2000有限元分析軟件，選用6～8度的設防烈度，加速度取0.05～0.30g/s，高寬比的取值范圍為1/18～1/12，對結構進行彈性分析，分析各個模型的層間位移角，得出不同烈度區的筒體的寬高比的合適取值。

框架-核心筒；寬高比；層間位移角；地震烈度

《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3—2010）中第9.2.1條規定“核心筒的寬度不宜小于筒體總高的1/12，當筒體結構設置角筒、剪力墻或增強結構整體剛度的構件時，核心筒的寬度可適當減小”。目前我國抗震規范的條文規定依據不同地域的烈度，而9.2.1條只是籠統給出了1/12這個界定值，顯然不合理。經過多方面的調研，《高層建筑混凝土結構技術規程》是根據經驗確定的，缺少系統的理論驗證。文章主要根據我國不同烈度分析取用不同的寬高比平面尺寸限值的最優值[1]。

1 模型的建立

本文的案例結構布置的選型比較具有代表性，并且與實際工程較為相符。所有計算實例都是比較規整的典型的框架-核心筒結構。為了避免扭轉對分析帶來的比例的影響，如圖1所示，算例統一將筒體結構布置在中心位置，除了筒體內隔墻結構布置有所不同外，其余結構X、Y方向完全對稱。各個算例僅布置一榀的框架結構，且縱橫方向布置一致，形成了核心筒居中布置，框架四周布置，且縱橫向對稱一致的分析模型。

圖1 模型標準層平面布置圖

根據《建筑結構荷載規范》（GB50009—2012）第4.1.1條規定[2]，在本工程中，外框梁布置8 kN/m填充墻線荷載，樓面恒荷載取5.0 kN/m2，活荷載取2.0 kN/m2，走廊荷載取2.5 kN/m2，不上人屋面取2.0 kN/m2；風荷載均取基本風壓0.45 kN/m2，地面粗糙度B類。

2 基于位移的筒體平面尺寸限值研究

2.1 6度層間位移角

如表1—2所示，設防烈度為6度時，風荷載起主要的控制作用。1/12的層間位移角最小。水平地震作用下結構的最大層間位移發生在25層的1/2113。水平風荷載作用下結構最大層間位移發生在27層，位移為1438，兩者遠小于規范規定的1/800，所以結構合理。

表1 6度（0.05 g）地震作用下不同高寬比層間位移角最大值

表2 6度（0.05 g）風荷載作用下不同高寬比層間位移角最大值

2.2 7 度層間位移角

如表3—6所示，設防烈度為7度時，水平地震加速度為0.10 g時，地震作用荷載略大一些。寬高比由1/12變到1/14以上，抗震作用起控制作用。7度區地震加速度為0.20 g時，層間位移角隨著寬高比的變化較大，寬高比為1/14時，位移角已超過規范限制，需進一步分析。

表3 7度（0.10 g）地震作用下不同高寬比層間位移角最大值

表4 7度（0.10 g）風荷載作用下不同高寬比層間位移角最大值

表5 7度（0.15 g）地震作用下不同高寬比層間位移角最大值

表6 7度（0.15 g）風荷載作用下不同高寬比層間位移角最大值

3.3 8度層間位移角

如表8—10所示，設防烈度為8（0.20 g）度時根據《高規》的要求，A級建筑的高度不超過100 m，寬高比由1/12到1/15結構的最大層間位移角變化比較明顯，層間位移角接近規范限值要求。設防烈度為8（0.20 g），寬高比在1/12時最大層間位移為1/756已經超限，8度地區抗震構造措施要提高一級，可進行非線性動力分析[9]。

表7 8度（0.20 g）地震作用下不同高寬比層間位移角最大值

表8 8度（0.20 g）風荷載下不同高寬比層間位移角最大值

表9 8度（0.30 g）地震作用下不同高寬比層間位移角最大值

表10 8度（0.30 g）風荷載作用下不同高寬比層間位移角最大值

表11 各烈度區筒體寬高比建議取值

4 結語

分析不同烈度區的各個模型可以得出，設防烈度為6度時，風荷載的作用起控制作用，且風荷載的作用效果遠大于地震作用。隨著設防烈度的增加水平地震作用增加很大，經分析表明，7度風荷載和地震作用兩者作用效應不分上下，混合作用，烈度為8時，地震作用明顯大于風荷載效應，起主要控制作用。混合作用直至 8 度區以地震作用為主。

[1]廖耘，容柏生，李盛勇.對 200 m以上超高層建筑剪力墻軸壓比計算方法和限值的改進建議[J].建筑結構，2015（7）：8-11.

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[3]中國建筑標準設計研究所.多層及高鋼混凝土結構的概念設計與結構分析（全國民用建筑工程設計技術措施（結構））[M].北京：中國計劃出版社，2003.

[4]高立人，方鄂華，錢稼茹.高層建筑結構概念設計[M].北京：中國計劃出版社，2005.

[5]傅學怡.實用高層建筑結構設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2010.

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[7]SMITH K G. Innovation in earthquake resistant concrete structure design philosophies:a century of progress sinceHennebiquespatent[J]. Engineering Structure, 2001（23）：72-81.

[8]QIANG X.Need of performance-based earthquake engineering in Taiwan: A lesson form the Chichi earthquake[J].Earthquake Engineering and Structure Dynamics, 2000（39）：1609-1627.

[9]李國強，周向明，丁翔.鋼筋混凝土剪力墻非線性動力分析模型[J].世界地震工程，2000（2）：13-18.

Research on the limit size plane dimension for frame-core tube structures

Liang Junfeng
（Hubei University of Technology, Wuhan 430000, China）

Structure of frame-core tube of reinforced concrete is one of the most widely used structure form in the current high-rise building, and the tube structure is an important component to resist lateral force, so the size of the reasonable values are particularly important.“Technical Specification for Concrete Structures of Tall Building”JGJ3-2010 made relevant provisions of some different types of structures’ maximum applicable height, such as 9.2.1 said " the width of core tube should not be less than 1/12 of the total high" ,which is too general. 19 model is established in this paper to use the finite element analysis software SAP2000, and select 6-8 degrees fortification intensity, 0.05 g to 0.30 g/s of acceleration area, ratio of 1/18-1/12, elastic analyzing the structure and inter layer displacement angle of each model, to obtain appropriate value of aspect ratio of cylinder in different intensity region.

frame-core tube structures; aspect ratio;inter layer drift angle; earthquake intensity

梁俊峰(1979— )，男，北京，碩士；研究方向：建筑與土木工程。