框架-核心筒結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的技術(shù)要點(diǎn)分析

陳厚明

（福建華航建設(shè)集團(tuán)有限公司，福建 福州 350009)

0 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高層建筑綜合體以及文化活動(dòng)中心建設(shè)的需求大量增加。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于框架-核心筒結(jié)構(gòu)結(jié)合了框架結(jié)構(gòu)及筒體結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)點(diǎn)，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能較好地滿足建筑使用功能的要求，因而框架-核心筒的結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用越來越廣泛。本文結(jié)合馬尾區(qū)青少年活動(dòng)中心·檔案館工程實(shí)例，闡述了框架-核心筒結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)、結(jié)構(gòu)技術(shù)要點(diǎn)、抗震加強(qiáng)措施等技術(shù)要點(diǎn)。

1 項(xiàng)目概況

福州市馬尾區(qū)青少年活動(dòng)中心·檔案館位于馬尾區(qū)內(nèi)，平面長(zhǎng)度為177m，青少年活動(dòng)中心與檔案館采用結(jié)構(gòu)縫斷開處理，分為主樓和裙房，主樓結(jié)構(gòu)長(zhǎng)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(dòng)中心。

本工程設(shè)計(jì)使用年限為50 年，基本風(fēng)壓W0＝0.80kN/m2，地面粗糙度類別為B 類。本工程抗震設(shè)計(jì)烈度為7 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.1g，建筑物場(chǎng)地類別為2 類。主樓抗震設(shè)防類別為丙類，抗震等級(jí)為二級(jí)，主樓安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0。圖1 為馬尾區(qū)青少年活動(dòng)中心·檔案館俯瞰圖。

圖1 馬尾區(qū)青少年活動(dòng)中心·檔案館俯瞰圖

2 框架-核心筒結(jié)構(gòu)技術(shù)分析

2.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

主樓基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用管樁樁基承臺(tái)加防水板的基礎(chǔ)形式，基樁選用靜壓預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)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(qiáng)風(fēng)化淺粒巖，樁長(zhǎng)約50m，承臺(tái)厚度為1500～1900mm，底板防水板厚度為350mm。本基礎(chǔ)形式具有土方開挖量小，管樁相對(duì)于灌注樁價(jià)格便宜，施工周期短，經(jīng)濟(jì)效益較為明顯。

2.2 上部主體結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)的控制、選取

工程采用YJK 軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，結(jié)構(gòu)主要控制參數(shù)詳見表1、表2。

表1 振型及周期

表2 主要控制參數(shù)

2.3 上部主體結(jié)構(gòu)體系

標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)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(jí)見表3。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)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(jí)

2.4 框架-核心筒結(jié)構(gòu)技術(shù)要點(diǎn)

馬尾青少年中心·檔案館主樓核心筒的筒高貫穿整個(gè)建筑的高度，在進(jìn)行筒高設(shè)置的時(shí)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(shè)計(jì)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(shè)內(nèi)框柱的結(jié)構(gòu)體系。

在進(jìn)行核心筒孔洞布置的時(shí)候，不應(yīng)該在核心筒筒體的角部進(jìn)行開洞。如果沒有辦法避免的時(shí)候，就需要保證筒角的內(nèi)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(cuò)洞；在對(duì)框架-核心筒的墻體部位、邊緣的構(gòu)件以及配筋進(jìn)行設(shè)置的時(shí)候，應(yīng)該嚴(yán)格按照《高規(guī)》中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。在核心筒的底部則應(yīng)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(guān)的規(guī)定[1-5]。

在進(jìn)行樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該將建筑樓蓋外角設(shè)置成雙層雙向的鋼筋，配筋的范圍應(yīng)該大于外筒到筒外墻中距離的1/3 及3m，配筋率應(yīng)該滿足高規(guī)的相關(guān)規(guī)定；對(duì)孔洞周邊的樓板采取加強(qiáng)措施，板厚加大到120mm，雙層雙向配筋。對(duì)于跨高比例≤2 的框筒梁以及內(nèi)筒連梁進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，適合采用交叉暗撐的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在確定好核心筒結(jié)構(gòu)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(duì)框架外圍周邊主梁的截面進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，在增加整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)的剛度同時(shí)增加扭轉(zhuǎn)剛度，使結(jié)構(gòu)第1 扭轉(zhuǎn)周期與第1平動(dòng)周期比值滿足不大于0.9 的要求。但是當(dāng)梁柱與核心筒的距離比較遠(yuǎn)的時(shí)候，就需要對(duì)梁的高度以及樓層的凈空進(jìn)行綜合的考慮，本工程增加內(nèi)框筒解決梁高及建筑凈空問題。在進(jìn)行框架-核心筒中的框架設(shè)計(jì)的時(shí)候，在柱截面中部設(shè)置由附加縱向鋼筋形成的芯柱，以增加結(jié)構(gòu)柱的塑性能力，提高軸壓比限值，對(duì)柱截面的尺寸進(jìn)行有效的控制。

2.5 抗震加強(qiáng)措施

在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算中，地下一層與首層側(cè)向剛度比小于2，選取地下室底板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，底部加強(qiáng)部位取底部?jī)蓪雍蛪w總高度的1/10，核心筒墻體底部加強(qiáng)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(qiáng)措施，板厚取120mm，板配筋雙層雙向拉通。

本工程各層框架承擔(dān)的地震剪力不小于結(jié)構(gòu)底部總地震力的20%，因此未對(duì)框架剪力進(jìn)行調(diào)整。在考慮強(qiáng)烈地震作用下，核心筒墻體可能損傷嚴(yán)重，經(jīng)內(nèi)力重分布后，外周框架會(huì)承擔(dān)較大地震作用，為了遵循多道設(shè)防原則，在設(shè)計(jì)中，本工程對(duì)框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施均有所加強(qiáng)，使其具有足夠的塑性變形能力。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在進(jìn)行框架-核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，建筑方案設(shè)計(jì)階段需要提前介入，對(duì)框架-核心筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的布置，再通過不斷優(yōu)化、試算、調(diào)整達(dá)到最佳設(shè)計(jì)，框架-核心筒結(jié)構(gòu)則可以形成外周框架與核心筒協(xié)同工作的雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，發(fā)揮出框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系中框架與筒體各自的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到結(jié)構(gòu)多道設(shè)防的要求。一個(gè)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是綜合多方面因素、多專業(yè)考慮不斷優(yōu)化調(diào)整的結(jié)果，最終使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足建筑功能及立面效果的同時(shí)做到安全、經(jīng)濟(jì)、合理的設(shè)計(jì)要求。