關(guān)于框架—核心筒結(jié)構(gòu)0.2V0調(diào)整的思考

彭炎德

摘 要：框架-核心筒結(jié)構(gòu)是高層或超高層建筑常用的一種結(jié)構(gòu)體系，布置在四周的稀疏柱和集中在中部的樓電梯間筒體組成了雙重結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系。不僅很好地滿足了建筑功能使用，同時又提供了足夠大的抗側(cè)剛度來滿足建筑物的抗風(fēng)、抗震要求，故而被廣泛應(yīng)用。文章針對混凝土高規(guī)中關(guān)于框架-核心筒結(jié)構(gòu)0.2V0地震剪力調(diào)整的相關(guān)條文規(guī)定，結(jié)合工程實(shí)例，對規(guī)范條文的具體應(yīng)用做了較為詳盡的介紹，并結(jié)合新舊規(guī)范進(jìn)行了一定的對比。

關(guān)鍵詞：框架-核心筒結(jié)構(gòu)；抗側(cè)力體系；0.2V0地震剪力調(diào)整

引言

框架-核心筒結(jié)構(gòu)因其良好的抗側(cè)力剛度和經(jīng)濟(jì)性，而被高層或超高層建筑普遍采用。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）（簡稱高規(guī)）第9.1.11條對筒體結(jié)構(gòu)框架部分地震剪力做出了規(guī)定，明確了除加強(qiáng)層及其上、下層外，框架部分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)底部總地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值的10%，并對筒體結(jié)構(gòu)各層框架部分分配的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值的最大值大于和小于結(jié)構(gòu)底部總地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值的10%兩種情況分別規(guī)定了框架地震剪力調(diào)整方法。

框架-核心筒結(jié)構(gòu)為外周框架與核心筒協(xié)同工作的雙重抗側(cè)力體系，在強(qiáng)烈地震作用下，由于筒體的抗側(cè)剛度比較大，結(jié)構(gòu)底部剪力主要由核心筒承擔(dān)。作為第一道防線的核心筒首先開裂或者破壞，經(jīng)過塑性內(nèi)力重分布，作為第二道防線的外周框架按照側(cè)向剛度分配的剪力會增大。為保證第二道防線具有一定的抗側(cè)力能力，需要對第二道防線承擔(dān)的地震剪力予以適當(dāng)調(diào)整。

1 調(diào)整方法

高規(guī)8.1.4條規(guī)定，抗震設(shè)計(jì)時，當(dāng)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)對應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的各層框架總剪力滿足公式8.1.4時，即Vf≥0.2V0，其框架總剪力不比調(diào)整；不滿足此公式要求的樓層，其框架總剪力應(yīng)按0.2V0和1.5Vf，max二者的較小值采用，此要求是在滿足高規(guī)4.3.12條關(guān)于樓層最小地震剪力系數(shù)的前提下進(jìn)行的。

上述調(diào)整要求是適應(yīng)于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的，02版本高規(guī)（JGJ3-2002）中同樣適用于框架-核心筒結(jié)構(gòu)。考慮到筒體結(jié)構(gòu)外周框架剛度相對于筒體過弱，按側(cè)向剛度分配樓層地震剪力時容易出現(xiàn)樓層剪力最大值小于底部總地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值的10%。此時若按1.5Vf，max進(jìn)行調(diào)整，框架部分承擔(dān)的地震剪力仍然較小，故10版本高規(guī)對此處進(jìn)行了補(bǔ)充規(guī)定。規(guī)定當(dāng)框架部分分配的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值的最大值小于結(jié)構(gòu)底部總地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值的10%時， 各層框架部分承擔(dān)的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)增大到結(jié)構(gòu)底部總地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值的15%。此時，各層核心筒墻體的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值宜乘以增大系數(shù)1.1，但可不大于結(jié)構(gòu)底部總地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值，墻體的抗震構(gòu)造措施應(yīng)按抗震等級提高一級后采用，已為特一級的可不再提高。當(dāng)框架部分樓層承擔(dān)的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值大于結(jié)構(gòu)底部總地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值的10%但小于20%時，應(yīng)按結(jié)構(gòu)底部總地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值的20%和框架部分樓層地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值中最大值的1.5倍二者的較小值進(jìn)行調(diào)整。

按照上述規(guī)定進(jìn)行的框架地震剪力調(diào)整，一定程度上保證了第二道防線的抗側(cè)力能力在對框架按側(cè)向剛度分配的剪力很小時，提出了讓核心筒剪力墻承擔(dān)結(jié)構(gòu)全部地震剪力的要求，增加了結(jié)構(gòu)的安全度。條文中未對樓層上下層平面變化較大的情況做出說明，結(jié)合02版本高規(guī)，可參考框架-剪力墻結(jié)構(gòu)分段調(diào)整的方法，并應(yīng)采取專門的研究。

2 工程實(shí)例

該工程位于重慶主城區(qū)，為一棟地下2層、地上25層的高層寫字樓建筑，建筑高度99.60米，嵌固層在地下室頂板，采用現(xiàn)澆混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為6度，地震設(shè)計(jì)分組為一組，場地土類別為II類。標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置見圖1。

采用SATWE軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示，在規(guī)定水平力作用下，結(jié)構(gòu)底層框架柱所占地震傾覆力矩比為：X向21.9%，Y向28.3%，均小于50%，大于10%，結(jié)構(gòu)豎向布置較為合理。在CQC內(nèi)力組合作用下，各層框架部分承擔(dān)的地震剪力絕大部分均小于0.2 V0。按照規(guī)范要求，需進(jìn)行地震剪力調(diào)整，具體數(shù)值見表1（僅取結(jié)構(gòu)底部16層數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)）。

根據(jù)高規(guī)9.1.11條規(guī)定，本工程各樓層框架部分分配的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值的最大值（本工程為第14層）兩方向均大于10%。按9.1.11條第3款規(guī)定進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整系數(shù)詳表1。

從表，中可以看出，結(jié)構(gòu)底部樓層調(diào)整系數(shù)較大。特別是X向，調(diào)整系數(shù)最大接近5。結(jié)合計(jì)算結(jié)果及結(jié)構(gòu)形式，主要有以下兩個因素：因?yàn)閄向筒體橫向剪力墻數(shù)量較多，橫向剪力墻剛度較大，故而剪力墻分擔(dān)地震剪力較多；因?yàn)榇私Y(jié)構(gòu)為框架-核心筒結(jié)構(gòu)，剪力墻筒體為彎曲變形，框架部分為剪切變形，框架部分變形受剪力墻筒體約束。因該項(xiàng)目結(jié)構(gòu)柱平面未有大的變化，故不存在分段調(diào)整的情況。

結(jié)合以上計(jì)算結(jié)果及規(guī)范條文可知， 結(jié)構(gòu)框架部分地震剪力調(diào)整系數(shù)與框架-剪力墻結(jié)構(gòu)調(diào)整方法一致。比較02版本高規(guī)，也并無區(qū)別。這是建立在本工程框架部分分配的樓層地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值的最大值大于結(jié)構(gòu)底部總剪力標(biāo)準(zhǔn)值的10%的基礎(chǔ)上的。若修改該工程的結(jié)構(gòu)布置，可進(jìn)一步加強(qiáng)其核心筒的剛度當(dāng)其框架分配的地震剪力值小于結(jié)構(gòu)底部總剪力標(biāo)準(zhǔn)值的10%時，此時需按高規(guī)9.1.11條第2款進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整方法與第3款差異很大。

以表1中1層X向?yàn)槔僭O(shè)按第2款進(jìn)行調(diào)整，即VFmax<0.10V0，此時的調(diào)整值為0.15V0x=0.15×4335.0=650.25KN，調(diào)整系數(shù)為650.25/260.2=2.499，小于表1中的3.331，框架部分承擔(dān)的地震剪力將會小于按第3款調(diào)整的地震剪力值，結(jié)構(gòu)二道防線的實(shí)現(xiàn)難度會加大。再比較02版本高規(guī)，按min（0.2V0，1.5VFmax）進(jìn)行調(diào)整。因VFmax<0.10V0，故調(diào)整系數(shù)小于2.499。顯然，10版本高規(guī)嚴(yán)于02版本高規(guī)。且10版本高規(guī)對該情況下的核心筒墻體的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值還需乘以放大系數(shù)1.1，對墻體的抗震構(gòu)造措施需提高一級采用。可見，10版本高規(guī)對筒體結(jié)構(gòu)的二道防線做了更嚴(yán)格的要求，以保證二道防線的抗側(cè)力能力。

3 結(jié)束語

綜上所述，10版本高規(guī)對框架-核心筒結(jié)構(gòu)的框架部分地震剪力調(diào)整做了詳細(xì)的調(diào)整規(guī)定。實(shí)際工程中應(yīng)合理布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件，保證VFmax盡量大于0.10V0，避免按照高規(guī)9.1.11第2款進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步提高核心筒的設(shè)計(jì)剪力與抗震構(gòu)造措施。如果結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系接近于純剪力墻結(jié)構(gòu)，二道防線將難以實(shí)現(xiàn)。故設(shè)計(jì)時應(yīng)結(jié)合建筑功能布置，仔細(xì)分析，嚴(yán)格按照規(guī)范要求執(zhí)行相關(guān)條文規(guī)定。在滿足結(jié)構(gòu)抗震性能的前提下，選擇經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)布置，避免不必要的浪費(fèi)。

參考文獻(xiàn)

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