框架—核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)控制及經(jīng)濟性淺析

朱文環(huán)

【摘 要】本文結(jié)合某超限高層建筑設(shè)計項目，從荷載取值、結(jié)構(gòu)體系布置、計算模型及軟件、計算控制參數(shù)及調(diào)整方法、超限情況、抗震性能設(shè)計目標等方面進行了詳細描述。闡明了框架-核心筒超限高層的一般設(shè)計方法，且為“限額”結(jié)構(gòu)設(shè)計提供一些基本思路。

【關(guān)鍵詞】超限高層；設(shè)計；經(jīng)濟性

【Abstract】In this paper， combined with an overrun high-rise building design project， detailed descriptions are given in terms of load values， structural system layout， calculation models and software， calculation of control parameters and adjustment methods， over-limit conditions， and seismic design goals. The general design method of the framework-core tube high-level high-level is clarified， and some basic ideas for "quotas" structure design are provided.

【Key words】Overrun high level；Design；Economical

1. 工程概述

（1）本工程由超限高層寫字樓及周邊商業(yè)組成，場地內(nèi)設(shè)大底盤二層地下室與各個單體相連，上部用防震縫分成相對規(guī)則的各個單體。

（2）超限高層寫字樓地上38層（不含機房層和設(shè)備層），檐口高度149.95m，建筑總高158.95m，超過《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系A(chǔ)類最大高度（130m），屬于B級高度超高層建筑。

2. 荷載取值對經(jīng)濟性的影響

核心筒作為一個獨立的懸臂筒體結(jié)構(gòu)體系、抗震的第一道防線，承擔了絕大部分剪力（一般可大于80%）和大部分傾覆彎矩（一般可大于60%），位置關(guān)鍵，抗震要求高。理論上稀柱外框架僅承擔小部分剪力和傾覆彎矩，但作為抗震設(shè)計的二道防線也必須要有必要的剛度。

3. 結(jié)構(gòu)體系、計算模型及軟件、計算參數(shù)控制

本項目建筑平面呈正方形，相對簡單，規(guī)則。結(jié)構(gòu)高寬比為H/B=149.95/35.55=4.2。采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系；地上及地下一層框架、剪力墻的抗震等級均采用一級 ， 地下二層抗震等級為二級 ；主樓地下一層與首層側(cè)向剛度比X，Y向分別為2.03，2.02，故±0.000層樓板（即地下室頂板面）作為上部嵌固部位。混凝土強度等級：地下室與土壤、地下水直接接觸的結(jié)構(gòu)構(gòu)件均采用抗?jié)B等級為S8抗?jié)B密實防水混凝土，基礎(chǔ)承臺、底板、外墻、頂板均采用C40混凝土基礎(chǔ)；墊層采用C15素混凝土。

4. 計算控制參數(shù)及調(diào)整方法

4.1 周期比：

（1）平動周期比：規(guī)范出處：《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》3.5.3第3條；限制目的：控制結(jié)構(gòu)在兩個主軸方向動力特性相近；控制指標：規(guī)范沒有規(guī)定具體數(shù)值，一般按80%左右控制。

（2）扭轉(zhuǎn)周期比：規(guī)范出處：《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.4.5條；限制目的：使結(jié)構(gòu)具有必要的抗扭剛度，不能太弱，以減小扭轉(zhuǎn)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響；控制指標：B級高度高層建筑不應(yīng)大于0.85。

4.2 層間位移角：

（1）彈性層間位移角：規(guī)范出處：《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》5.5.1條；《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.7.3條；限制目的：控制正常使用條件下的水平位移，避免過大位移影響結(jié)構(gòu)承載力和使用要求；控制指標：框架-核心筒結(jié)構(gòu)不宜大于1/800。

（2）彈塑性層間位移角：規(guī)范出處：《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》5.5.5條；《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.7.5條；限制目的：控制罕遇地震作用下薄弱層（部位）彈塑性變形；控制指標：框架-核心筒結(jié)構(gòu)不宜大于1/100。

4.3 位移比：

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.4.5條；限制目的：控制結(jié)構(gòu)平面布置的不規(guī)則性，避免產(chǎn)生過大偏心而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；控制指標：B級高度高層在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下，不宜大于1.2，不應(yīng)大于1.4。

4.4 剪重比：

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》5.2.5條；《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》4.3.12條；限制目的：控制各樓層的最小水平地震剪力，確保周期較長的高層結(jié)構(gòu)安全；控制指標：7度（0.1g）情況下1.6%，對于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)的薄弱層，應(yīng)乘以1.15的增大系數(shù)。

4.5 剛重比：

規(guī)范出處：《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》5.4.1條、5.4.4條；限制目的：確定重力荷載在水平作用位移效應(yīng)引起的二階效應(yīng)性質(zhì)，避免二階效應(yīng)過大，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)倒塌；控制指標：大于1.4，表示通過整體穩(wěn)定驗算；大于2.7，表示可以不考慮重力二階效應(yīng)。

4.6 軸壓比：

（1）柱軸壓比：

規(guī)范出處：《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》6.3.6條；《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》6.4.2條；限制目的：柱軸壓比為考慮地震作用組合作用下的比值，為了保證柱的延性要求；控制指標：框架-核心筒結(jié)構(gòu)一級抗震等級柱為0.75。

（2）墻軸壓比：

規(guī)范出處：《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》6.4.2條；《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》7.2.13條；限制目的：墻軸壓比為重力荷載代表值作用下的比值，為了保證墻的延性要求；控制指標：框架-核心筒結(jié)構(gòu)一級抗震等級剪力墻為0.5。

4.7 剛度比：

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》3.4.3條；《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.5.2條；限制目的：控制結(jié)構(gòu)豎向布置的不規(guī)則性，避免剛度沿豎向突變形成“軟弱層”；控制指標：框架-核心筒結(jié)構(gòu)考慮層高修正的樓層側(cè)向剛度比不宜小于0.9；對結(jié)構(gòu)底部嵌固層不宜小于1.5。

4.8 層間受剪承載力比：

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》3.4.3條；《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.5.3條；限制目的：控制結(jié)構(gòu)豎向布置的不規(guī)則性，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力沿豎向突變形成“薄弱層”；控制指標：B級高度高層建筑受剪承載力之比不應(yīng)小于75%。

4.9 框架柱0.2Qo剪力調(diào)整：

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》9.1.11條；調(diào)整目的：對外周稀柱框架按彈性剛度分配的地震剪力做基本要求，是為了保證其作為抗震的二道防線，能與核心筒協(xié)同工作形成雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系；控制指標：當各層框架承擔的地震剪力不小于結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的20%時，不調(diào)整；當在10%～20%之間時，按底部總地震剪力的20%和框架部分樓層地震剪力最大值的1.5倍二者的較小值調(diào)整；當小于10%時，需增大到底部總地震剪力的15%，且應(yīng)按規(guī)范要求加強第一道抗震防線核心筒剪力墻的構(gòu)造。

5. 抗震性能設(shè)計目標

（1） 中震不屈服驗算：

不計入作用分項系數(shù)、承載力抗震調(diào)整系數(shù)、不同抗震等級的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)。材料承載力計算時材料強度取標準值。去掉了所有的安全度，屬于承載力極限狀態(tài)設(shè)計。

（2） 中震彈性驗算：

不考慮內(nèi)力調(diào)整的抗震驗算。即：內(nèi)力調(diào)整系數(shù)均取1.0；保留荷載分項系數(shù)（也即保留了結(jié)構(gòu)的安全度、可靠度）；材料強度取設(shè)計強度。屬于正常彈性設(shè)計范疇。

底部加強部位剪力墻抗剪承載力按中震彈性和小震彈性兩者取不利計算配筋。

（3） 中震不屈服、中震彈性均屬于基本烈度地震（中震）下的結(jié)構(gòu)設(shè)計。本工程計算結(jié)果表明，底部加強部位剪力墻，當采用中震不屈服設(shè)計、中震彈性設(shè)計時，混凝土用量分別比小震彈性設(shè)計增加41%、67%；鋼筋用量分別提高89%、138%。對結(jié)構(gòu)工程量的影響很大。需要謹慎選擇。

（4） 大震作用下的抗剪截面控制條件：

按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.11.3-4公式：VGE + VEK* ≤0.15fckbh0 計算滿足即可。其中VGE為重力荷載代表值作用下的構(gòu)件剪力；VEK*為地震作用標準值的構(gòu)件剪力，不需考慮與抗震等級有關(guān)的增大系數(shù)；fck為混凝土軸心抗壓強度標準值。

6. 結(jié)束語

本文結(jié)合實際的框架-核心筒超限高層工程，依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，從荷載取值、結(jié)構(gòu)體系布置、計算模型及軟件、計算控制參數(shù)及調(diào)整方法、超限情況、抗震性能設(shè)計目標等方面進行了詳細敘述。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，會有越來越完善的理論指導(dǎo)設(shè)計，設(shè)計原則永遠是先安全準確、再經(jīng)濟合理。

參考文獻

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[文章編號]1619-2737（2018）03-15-758