框架—核心筒結構設計在高層建筑中的應用

侯松

【摘要】高層建筑已經成為當今城市建筑的主要模式之一，對節約有限資源，實現空間合理配置具有重要意義。核心筒結合框架結構為提升高層建筑的結構性、功能性等發揮著重要作用，該結構體系已經成為許多商用建筑的主要結構型式，相關技術也已趨于成熟，積極促進建筑多樣化的發展趨勢。本文從具體案例進行分析，闡述這種建筑結構體系在建筑中的應用情況。

【關鍵詞】框架-核心筒；結構設計；高層建筑

框架—核心筒結構作為高層建筑的一種重要結構形式，由周邊的稀柱框架和內部剪力墻筒體組成。框架一核心筒結構因具有良好的受力性能和內部空間的靈活性成為目前高層建筑中普遍采用的結構形式，在超高層建筑中也有著廣泛的應用。本文主要將以一棟高層商業大廈為例，分析其結構設計時的設計要點及遇到的問題。

1、工程概況

本工程地下2層，地上為24層主樓及5層裙房，主樓高度98.95m，采用框架-核心筒結構形式，裙房高度22.45m.采用框架結構形式。地下室主要功能為汽車停車庫及庫房；地面建筑的主要功能包括商業、辦公等。

2、建筑結構

2.1參數確定

主樓框架和剪力墻筒體的抗震級別均為二級，裙房的抗震級別為三級。基本參數如下：

2.2設計特征

在正式設計時，采用了專門為高層結構分析與設計而開發的三維結構有限元分析軟件SATWE，通過相應計算得出，按照1/800的位移控制指標來對結構整體剛度進行調整。從整體上而言，本結構采用現澆鋼筋混凝土框架—核心筒結構形式，另外地庫頂板采用現澆混凝土空心樓板。通過軟件分析，我們對核心筒及框架分別進行優化，在保證滿足規范限值的前提下對墻柱截面進行優化，隨層高截面逐漸減小，同時優化核心簡布置，減少內部剪力墻，加強薄弱方向外墻，隨著核心筒墻體減少，鋼筋和混凝土用量減小的同時自重也降低，核心筒基礎筏板也得到優化。另外考慮到本工程兩層地下室，地下水常年水位較高，基礎設計時考慮一定的地下水有利作用，為甲方節省了造價。我們通過進—步計算發現，通過對其墻柱，梁板的結構布置進行調整，能夠在—定程度E增加其建筑設備的設置便利性。

3、技術要點

3.1梁柱設計

該建筑上部主要為企業辦公，下部為商場，綜合這兩種用途對于建筑的具體要求，取0.8作為計算地震應力的周期折減系數。對于核心筒周圍剪力墻厚度的確定，底層短向及長向取為400mm，上部短向及長向分別取為350mm、300mm對于框柱截面的確定，由底層1200mm×1200mm隨樓層升高逐級收至700mm×700mm，砼強度自下而上由C60逐級過渡至C30，需注意截面和砼強度應避免在同一層同時突變。主體結構內采用現澆鋼筋混凝土樓板，并對相應的框架進行調整優化，使其在水平力作用力的變形滿足規范要求，并對樓蓋外角及樓層開大洞周邊進行構造性加強。主樓梁間隔設計為4.5m，樓板受力形式為雙向板。在進行計算過程中，需對外圍框架和核心筒之間連接部位的節點進行計算，從而讓其能夠達到一定剛度要求，連接方式設計為剛接，考慮框架對核心筒扶壁柱的彎矩作用。

3.2計算結果

根據計算結果，在結合建筑抗震要求后對方案進行優化，對結構的整體設計進行考慮，對其結構設置以及剛度要求進行余量調整。最終地震作用下最大層間位移角為1，841（Y向、地震），風荷載作用下的最大層間位移角為1/1771（Y向），與規范限制值（1/800）較為接近。

第一平動周期為2.5654；第二平動周期為2.4485，第一捆轉周期為1.9762，周期比為0.77；

底部剪力墻承擔的傾覆彎矩百分比X向23.34%Y向23.79%；底層剪重比：1.94%（X方向）；2.22%（Y方向）。

3.3基礎形式

根據地質條件及建筑物荷載情況，主樓、裙房和純地庫均采用樁承臺基礎加防水板，抗壓樁和抗拔樁均采用鉆孔灌注樁，其中抗壓樁以中風化泥巖層作為樁端持力層，抗拔樁以樁長控制，樁砼采用C35。

3.4存在問題及處理方式

（1）裙房偏置。本工程裙房偏置，地震作用下結構邊框架抗震不利，在主樓和裙房之間設縫分開，通過加強縫兩側邊框架來提高其在大震下的延性，在裙房邊跨內設沉降后澆帶，800mm寬，以減少主樓與裙房之間的沉降差異。

（2）裙房二、三層及五層樓面開大洞，導致抽柱出現大跨度梁。大跨度梁配置預應力鋼筋，嚴格計算裂縫及撓度；與大跨梁相連的框柱增大截面，配筋加強；同時加強開大洞樓層及相鄰上一層的樓板配筋。

（3）由于地下車庫的尺度較大，因此，每隔30～40 m設置800mm寬的溫度后澆帶。溫度后澆帶應在其兩側結構施工完45天后澆筑，沉降后澆帶在主體結構封頂且沉降穩定后澆筑，采用比周邊構件部位混凝土強度提高一級的微膨脹混凝土進行補澆筑。基礎及地下室頂板提高配筋率以提高抗裂性能。

（4）基礎承臺及底板較厚，屬大體積混凝土，設計及施工中應采取有效措施。如用低水化熱水泥，減少粗細骨料的含泥量，優化混凝土集料的配比，控制混凝土水灰比等。

（5）外立面幕墻造型高出屋面6m，需考慮幕墻受風荷載作用，將外圍框柱向上延伸一層之間設梁連接，并驗算幕墻對框柱的外力作用。

3.5現澆鋼筋混凝土空心樓板應用

地庫的主要板跨為8.4m×8.4m，本著環保及節約的原則，本工程在頂板及負一層樓板（人防頂板）使用現澆鋼筋混凝土空心樓板，其中頂板使用450mm厚現澆混凝土空心樓板，負一層樓板使用350mm厚現澆混凝土空心樓板。其具有重量輕、跨度大、隔熱、隔音好的優點，具有很多普通樓蓋所不具備的抗震性、抗裂性能優勢，經濟性也較好。

結語：

綜上所述，本文主要從具體工程實例出發，對框架一核心筒結構在設計過程中需要注意的內容進行了分析。在設計過程中，應充分考慮風荷載及地震對框架一核心筒結構的作用效應，對于結構布置，材料應用等問題進行綜合考慮，并嚴格按照標準執行，才能持續性提升高層建筑設計水平。