某鋼管混凝土框架—核心筒結構的設計復核

賈 紹 雷

(深圳市國騰建筑設計咨詢有限公司，上海 200336)

?

某鋼管混凝土框架—核心筒結構的設計復核

賈 紹 雷

(深圳市國騰建筑設計咨詢有限公司，上海 200336)

分別采用盈建科建筑結構設計軟件及Excel結構計算表格，對處于施工圖設計階段的某鋼管混凝土框架—核心筒結構進行了設計復核，并對部分鋼梁截面尺寸及核心筒墻肢配筋進行了調整，實現了結構安全性及經濟性的雙重目標。

鋼管混凝土，框架—核心筒結構，鋼梁，結構設計

鋼管混凝土結構具有承載力高，自重輕，抗震性能好，施工簡捷，施工效率高等優點，在高層及超高層建筑中應用比例越來越高，尤其是當外框架柱為圓柱時，結構工程師更傾向于采用鋼管混凝土結構。以上海市某高層商業辦公樓為例，從結構安全及成本管控的角度對該鋼管混凝土結構進行了設計復核工作。

1 項目概況

本工程位于上海市普陀區，總高94.0 m，地上建筑面積為45 427 m2，主要功能為辦公。地上為21層，標準層層高4.3 m，地下整體為3層，局部地下4層，其中地上3層帶部分裙房，功能為商業。主體結構采用了鋼管混凝土框架—核心筒結構體系，項目處于施工圖設計階段，設計單位為上海天華建筑設計有限公司，受業主委托，對該項目進行了結構設計復核工作，設計復核包含了從設計荷載取值到結構計算分析及施工圖復核等全面的設計把控工作。

結構設計使用年限為50年，結構重要性系數1.0。抗震設防烈度為7度，基本地震加速度為0.1g,設計地震分組為第二組；場地類別為Ⅳ類，特征周期為0.9 s[1]，結構阻尼比取0.04，結構周期折減系數為0.88[2]。基本風壓為0.55 kPa,地面粗糙度按C類，風載體型系數取1.4。地下室頂板作為上部結構的嵌固端。塔樓高度不超過130 m，按文獻[3]11.1.4條，鋼管混凝土框架及混凝土核心筒抗震等級均為二級，鋼框架梁為三級。依據文獻[4]3.4.3條，項目屬于抗震超限結構，地下1層至裙房3層標高范圍內的核心筒及鋼管混凝土柱抗震等級提高到一級。

2 結構體系及布置

1)采用了鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構體系，水平周邊框架采用鋼框架梁，樓板采用壓型鋼板組合樓板，裙房采用鋼框架結構。結構平面呈不規則切角菱形狀，詳見圖1，核心筒向南側偏置，塔樓在西側外立面沿豎向逐層收進，五根鋼管混凝土柱采用了斜柱形式來配合建筑造型的實現，同時也形成地上

21層無結構標準層的特點。南側大堂有四根框架柱在地上3層標高范圍內無框架梁拉結，框架柱無側向支撐長度為16.6 m，屬躍層柱，北側外排框架柱距離核心筒在16 m左右，因而北側在走道位置增加一排框架柱，建筑周圈均設置懸挑鋼梁，并通過懸挑鋼次梁與幕墻進行連接。

2)考慮到裙房面積較小，同時樓層僅有3層，裙房與塔樓連在一起，不分縫。

3)鋼管混凝土柱直徑為1 000 mm，壁厚為20 mm，核心筒墻肢底部最厚為800 mm，頂部最薄墻肢為250 mm，周邊鋼框架梁截面受建筑平面不規則影響，采用三種類型用以調整結構的整體剛度，分別為H900×300×16×28 mm,H900×500×20×35 mm，H1 000×500×28×40 mm；與內框架柱相連接的水平鋼框架梁為H550×200×9×14 mm。裙房的鋼柱為箱形鋼柱，以保證雙向受力性能。

4)框架柱及核心筒混凝土強度等級由底部樓層的C60過渡到頂層的C30，樓板及核心筒內部的混凝土梁強度等級為C30，鋼材強度等級為Q345B。

3 整體結構分析

塔樓辦公區恒荷載取值為1.6 kPa,活荷載取值為3.0 kPa。計算表明結構整體指標滿足規范要求，同時結構在Y方向地震作用下層間位移角接近限值1/800，結構Y向包含4道不開洞的長肢剪力墻，墻肢長度均超過文獻[3]7.1.2條墻段長度不宜大于8 m的要求，可知現有結構的鋼管混凝土柱、周邊鋼框架梁、內部鋼框架梁及核心筒墻肢截面尺寸處于最優狀態。

罕遇地震作用下的pushover分析結果表明，躍層柱沒有出現塑性鉸，未達到屈服狀態，鋼管混凝土柱的延性性能非常好。

4 鋼梁截面及核心筒配筋復核

4.1 鋼次梁

結合YJK結構設計軟件結果及Excel表格對水平鋼次梁構件進行了復核，對部分鋼次梁截面進行了調整及起拱建議。

1)塔樓北側典型層鋼次梁跨度在13.5 m左右，最大13.8 m，承擔的荷載面寬度為2.8 m左右，最大寬度3.0 m，次梁截面為H550×200×9×14 mm。經驗算，使用階段組合鋼梁的撓度超過限值，需要按文獻[5]3.5.3條要求起拱,起拱值為50 mm，從而滿足規范對使用階段撓度的要求。

2)塔樓南側鋼次梁跨度在6.5 m左右，承擔的荷載面寬度為3.0 m，次梁截面為H300×150×6×9 mm。經計算，施工階段鋼梁穩定應力超限值，使用階段組合鋼梁的撓度接近或超過限值，討論后確定采用增加截面的形式，截面調整為H350×175×7×11 mm,避免在施工過程中增加臨時支撐產生額外的措施費，同時可提高鋼結構施工效率。

4.2 周邊懸挑次梁

與幕墻連接的懸挑次梁典型截面均采用了H500×200×9×14 mm，如圖2所示，次梁跨度最大為9 m，次梁分擔的荷載面寬度為0.6 m。端部鋼梁無法按照壓型鋼板組合樓板驗算，應按普通的鋼梁計算強度及穩定性。次梁承擔的荷載分兩部分：承擔0.6 m寬壓型鋼板自重，附加恒荷載(1.6 kPa)及活荷載4.0 kPa，承擔幕墻立面荷載(1.5 kPa)，經計算，鋼次梁截面可以減小為H400×200×7×11 mm，每米長鋼梁質量減少20 kg。此時，鋼梁的應力比在0.76，永久荷載和活荷載標準值產生的撓度為27 mm，撓跨比為1/333<1/250，滿足文獻[5]對強度和剛度的要求。

4.3 弧形懸挑鋼梁

建筑的東北角外側為跨度較大的弧形懸挑鋼次梁，采用兩根H800×300×14×26 mm的懸挑框架梁支撐該鋼次梁，如圖3所示。鋼次梁截面為H500×200×9×14 mm,沿弧線方向的跨度為11.5 m，壓型鋼板排布方向為水平向，弧形鋼梁為主受力構件。弧形鋼梁需按普通鋼梁設計，經計算，弧形鋼梁的強度及剛度均難以滿足規范要求，同時考慮到弧形鋼梁受力復雜，最終將弧形鋼梁截面調整為H550×200×10×16 mm。

4.4 節點做法

1)設計圖紙中部分鋼次梁與懸挑主梁采用了剛接的做法，見圖4，與圖2中采用鉸接的做法不一致，4.2節計算表明，采用鉸接做法的鋼梁滿足規范要求，同時該撓度值在幕墻專業允許范圍內，因而將所有的剛接做法均調整為鉸接做法，既方便了施工，同時也減少了現場鋼梁翼緣的焊接工作量，提高施工效率。

2)將裙房部分水平鋼次梁由剛接做法調整為鉸接做法，如圖5所示。壓型鋼板鋪設方向為沿豎向，懸挑端跨的懸挑荷載均由懸挑框架梁承擔即可，水平鋼次梁受力較小。改為鉸接后，復核豎向最外端剛接的弧形鋼次梁H400×200×7×11 mm，偏保守的按其承擔荷載面寬度為2 m，幕墻立面荷載1.5 kPa，層高5.3 m，板厚150 mm，弧形鋼次梁跨度6.0 m，得到鋼梁的應力比在0.84，永久荷載和活荷載標準值產生的撓度為12 mm，撓跨比為1/500<1/250，滿足文獻[5]對強度和剛度的要求。

4.5 核心筒墻肢配筋

1)本工程屬于抗震超限審查項目，底部加強部位墻肢抗震等級提高為一級，按文獻[3]7.2.15條要求，約束邊緣構件箍筋沿豎向間距不宜大于100 mm，而按7.2.16條，構造邊緣構件在底部加強部位箍筋沿豎向間距要求為100 mm。本項目需要嚴控制底部加強部位邊緣構件箍筋間距，經與設計單位討論，將圖紙中箍筋間距為150 mm的約束邊緣構件及構造邊緣構件調整為箍筋沿豎向間距100 mm，同時依據體積配箍率要求，對約束邊緣構件箍筋直徑相應調整。

2)依據計算書及規范要求，對部分墻肢的水平分布鋼筋直徑及間距進行了調整。計算結果顯示，大部分墻體水平分布鋼筋為構造配筋，剪力墻為二級時墻體水平分布筋配筋率為0.25%，調整前后的墻體水平分布鋼筋對比見表1。

表1 墻體水平分布鋼筋對比

4.6 裙房樓板厚度

結合裙房L2層，L3層結構平面布置，開洞的位置，開洞大小，開洞后有效樓板寬度等因素，建議將L2層及L3層樓板在除開洞周邊外將樓板厚度由150 mm減薄為120 mm，經與設計單位溝通后，審圖中心建議將樓板均做150 mm厚，以確保水平地震力的有效傳遞，與計算的剛性樓板假定一致，因而不對厚度進行調整。

5 結語

通過對結構圖紙的復核，構件截面的計算分析等工作，優化了鋼結構的截面尺寸、節點做法及核心筒墻肢的配筋，實現了業主對項目要求既保證結構安全性又滿足經濟性的復核目標。

[1] DG J08—9—2013,建筑抗震設計規程[S].

[2] 普陀區長壽社區D5-6地塊商辦樓結構超限報告[R].

[3] JGJ 3—2010,高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[4] GB 50011—2010,建筑抗震設計規范[S].

[5] GB 50017—2003,鋼結構設計規范[S].

Design review of a concrete-filled steel tubular frame corewall structure

Jia Shaolei

(ShenzhenGuotengArchitecturalDesignConsultingLimitedCompany,Shenzhen518000,China)

A concrete-filled steel tubular frame corewall structure which was at construction design stage has been reviewed and checked for its safety and economical efficiency by YJK structure software and Excel. Mainly some steel beam member’s section and the reinforcement of the corewall were adjusted, and finally reach the goal of structural safety control and cost control.

concrete-filled steel tubular, frame corewall structure, steel beam, structure design

1009-6825(2017)14-0025-03

2017-03-02

賈紹雷(1983- )，男，碩士，工程師

TU318

A