框架-核心筒結構在結構設計中的技術要點分析

陳厚明

（福建華航建設集團有限公司，福建 福州 350009)

0 引言

隨著我國國民經濟的快速發展，高層建筑綜合體以及文化活動中心建設的需求大量增加。在高層建筑結構設計中，由于框架-核心筒結構結合了框架結構及筒體結構各自的優點，使結構設計能較好地滿足建筑使用功能的要求，因而框架-核心筒的結構體系應用越來越廣泛。本文結合馬尾區青少年活動中心·檔案館工程實例，闡述了框架-核心筒結構的基礎設計要點、結構技術要點、抗震加強措施等技術要點。

1 項目概況

福州市馬尾區青少年活動中心·檔案館位于馬尾區內，平面長度為177m，青少年活動中心與檔案館采用結構縫斷開處理，分為主樓和裙房，主樓結構長42m，寬40m，高度為80.45m；主樓地上20 層，裙房4層，地下1 層，總建筑面積54989m2，地上建筑面積42989m2。主樓為檔案館和辦公用房，裙房為青少年活動中心。

本工程設計使用年限為50 年，基本風壓W0＝0.80kN/m2，地面粗糙度類別為B 類。本工程抗震設計烈度為7 度，設計基本地震加速度為0.1g，建筑物場地類別為2 類。主樓抗震設防類別為丙類，抗震等級為二級，主樓安全等級為二級，結構重要性系數為1.0。圖1 為馬尾區青少年活動中心·檔案館俯瞰圖。

圖1 馬尾區青少年活動中心·檔案館俯瞰圖

2 框架-核心筒結構技術分析

2.1 基礎設計要點

主樓基礎設計等級為甲級，基礎設計采用管樁樁基承臺加防水板的基礎形式，基樁選用靜壓預應力高強混凝土管樁（PHC），樁型為PHC-600-AB-130，單樁承載力特征值取3000kN，樁端持力層為砂土狀強風化淺粒巖，樁長約50m，承臺厚度為1500～1900mm，底板防水板厚度為350mm。本基礎形式具有土方開挖量小，管樁相對于灌注樁價格便宜，施工周期短，經濟效益較為明顯。

2.2 上部主體結構計算參數的控制、選取

工程采用YJK 軟件進行結構計算分析，結構主要控制參數詳見表1、表2。

表1 振型及周期

表2 主要控制參數

2.3 上部主體結構體系

標準層結構平面布置圖見圖2，核心筒墻厚、框架柱和框架梁截面尺寸與混凝土等級見表3。

圖2 標準層結構平面布置圖

表3 核心筒墻厚、框架柱和框架梁截面尺寸與混凝土等級

2.4 框架-核心筒結構技術要點

馬尾青少年中心·檔案館主樓核心筒的筒高貫穿整個建筑的高度，在進行筒高設置的時候，盡量使筒高大于等于建筑的整體高度的十二分之一，核心筒的外墻與外周框架之間的距離不宜過大，否則樓蓋設計較為困難，本工程核心筒的外墻與外框柱間距為12.4m，采取增設內框柱的結構體系。

在進行核心筒孔洞布置的時候，不應該在核心筒筒體的角部進行開洞。如果沒有辦法避免的時候，就需要保證筒角的內壁到洞的距離≥500mm及墻的厚度。核心筒的外墻盡量布置均勻，孔洞布置不宜形成錯洞；在對框架-核心筒的墻體部位、邊緣的構件以及配筋進行設置的時候，應該嚴格按照《高規》中的有關規定進行設計。在核心筒的底部則應該保證它在受到重力荷載作用下墻體的軸壓比不超過有關的規定[1-5]。

在進行樓蓋結構設計時，應該將建筑樓蓋外角設置成雙層雙向的鋼筋，配筋的范圍應該大于外筒到筒外墻中距離的1/3 及3m，配筋率應該滿足高規的相關規定；對孔洞周邊的樓板采取加強措施，板厚加大到120mm，雙層雙向配筋。對于跨高比例≤2 的框筒梁以及內筒連梁進行設計的時候，適合采用交叉暗撐的方式進行設計。

在確定好核心筒結構布置的情況下，為了確保框架-核心筒具有合適的抗扭剛度，需對框架外圍周邊主梁的截面進行合理設計，在增加整個建筑結構抗側的剛度同時增加扭轉剛度，使結構第1 扭轉周期與第1平動周期比值滿足不大于0.9 的要求。但是當梁柱與核心筒的距離比較遠的時候，就需要對梁的高度以及樓層的凈空進行綜合的考慮，本工程增加內框筒解決梁高及建筑凈空問題。在進行框架-核心筒中的框架設計的時候，在柱截面中部設置由附加縱向鋼筋形成的芯柱，以增加結構柱的塑性能力，提高軸壓比限值，對柱截面的尺寸進行有效的控制。

2.5 抗震加強措施

在結構整體計算中，地下一層與首層側向剛度比小于2，選取地下室底板作為上部結構的嵌固部位，底部加強部位取底部兩層和墻體總高度的1/10，核心筒墻體底部加強部位取地上3 層并往下延伸1 層；考慮到核心筒開洞面積較大，核心筒的樓板采取加強措施，板厚取120mm，板配筋雙層雙向拉通。

本工程各層框架承擔的地震剪力不小于結構底部總地震力的20%，因此未對框架剪力進行調整。在考慮強烈地震作用下，核心筒墻體可能損傷嚴重，經內力重分布后，外周框架會承擔較大地震作用，為了遵循多道設防原則，在設計中，本工程對框架結構的構造措施均有所加強，使其具有足夠的塑性變形能力。

3 結束語

綜上所述，在進行框架-核心筒結構設計時，建筑方案設計階段需要提前介入，對框架-核心筒結構進行合理的布置，再通過不斷優化、試算、調整達到最佳設計，框架-核心筒結構則可以形成外周框架與核心筒協同工作的雙重抗側力結構體系，發揮出框架-核心筒結構體系中框架與筒體各自的優點，達到結構多道設防的要求。一個合理的結構設計是綜合多方面因素、多專業考慮不斷優化調整的結果，最終使結構設計滿足建筑功能及立面效果的同時做到安全、經濟、合理的設計要求。