某高层框架核心筒的结构设计

郑元猛

摘 要：本文详细介绍了某高层框架核心筒工程的结构选型、结构平面布置、构造措施以及结构概念设计，并且对该框架核心筒结构进行了计算分析。

关键词：框筒结构；斜柱；结构布置

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）07-0065-01

1 工程概况

本工程位于山东省泰安市，地下2层，地上27层。其中地下1～2层为车库及设备房；地上1～27层为办公楼，1层层高为5.1m，其余层高为3.5m；28层为机房层。本工程长36.2m，宽30.2m。本工程高度为96.7m，高宽比为3.2<6；核心筒宽10.2m，长11.5m，平均高宽比为8.9<12。本工程设计使用年限50a。

2 结构设计参数

2.1 地质概况

根据岩土工程勘察报告， 拟建场地土类型为中硬场地土及中软场地土两部分。拟建场地内及附近无全新活动断裂，无影响工程稳定的不良地质作用，稳定性好，适宜建筑。土层从上到下依次为人工填土、粉质粘土、风化卵石、强风化花岗片麻岩。建筑场地类别为Ⅱ类，场地特征周期为0.40s。

2.2 抗震设防标准

本工程抗震设防类别为标准设防类（丙类），抗震设防烈度为6度，地震分组为第3组，设计基本地震加速度为0.05g。本工程框架的抗震等级为三级，剪力墙的抗震等级为二级。

2.3 风荷载

本工程基本风压按照100a重现期取值，为0.45kN/m2，地面粗糙度为B类，风载体型系数为1.4。

3 结构计算与抗震分析

3.1 结构平面布置

本工程采用框架-剪力墙核心筒结构。外围框架柱采用钢筋混凝土柱，剪力墙核心筒采用现浇钢筋混凝土筒体，楼面梁、板均采用现浇混凝土结构。为保证内走廊净高，外围框架柱采用双柱布置，框架柱与核心筒间采用厚板连接。本工程顶部层层缩进，采用斜柱进行处理。

3.2 结构立面布置

本工程为立面较为规则结构。核心筒和框架柱的截面和混凝土强度由下至上逐渐均匀减小。核心筒混凝土墙体上下连续，仅顶部3层均匀收缩，外部框架柱采用斜柱处理，因此相邻层的刚度没有发生大突变。

3.3 结构整体分析及主要计算结果

本工程采用两种不同力学模型的结构分析软件（SATWE及PMSAP）进行结构整体分析，计算中考虑偶然偏心及双向地震作用。规范要求的几个主要限值结果如下：

3.3.1 轴压比

《混凝土结构设计规范》（50010-2010）第11.4.16条、《建筑抗震设计规范》（50011-2010）第6.3.6条和《高层建筑混凝土结构技术规程》第6.4.2条均对墙肢和柱轴压比提出了相应的限值。本工程底层柱最大轴压比为0.79，墙最大轴压比为0.5，满足规范要求。

3.3.2 周期比

为了控制结构在罕遇地震下的扭转效应，《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.4.5条要求： 结构扭转为主的第1周期Tt与平动为主的第1周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9。本工程的周期为T1：3.4373，扭转系数0.01 ；T3：2.6131，扭转系数0.99，周期比为0.76，满足规范要求。

3.3.3 位移比

《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.4.5条要求：A、B级高度高层建筑均不宜大于该楼层平均值的1.2倍；且A级高度高层建筑不应大于该楼层平均值的1.5倍。本工程层间位移角最大值为Y向偶然偏心地震作用下的楼层最大位移1/1712，最大位移比为1.21。

3.3.4 刚度比

为了控制结构的竖向规则性，避免竖向刚度突变，形成薄弱层，规范对工程刚度比进行控制。详见《建筑筑抗震设计规范》第3.4.2条以及《高层建筑混凝土结构技术规程》第4.4.2条。本工程的薄弱层地震剪力放大系数均为1.00。

3.3.5 剪重比

为了控制楼层最小地震剪力，保证结构安全，《建筑抗震设计规范》第5.2.5和《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.3.13条对剪重比均有要求。本工程采用15个振型进行计算，X方向的有效质量系数为99.50% ，Y方向的有效质量系数为99.84%，最小剪重比均大于规范要求。

3.3.6 刚重比

为了控制结构稳定，避免结构产生整体失稳，《高层建筑混凝土结构技术规程》第5.4.4条规定了刚重比限值。本工程刚重比结果如下：X向刚重比EJd/GH**2=2.25；Y向刚重比EJd/GH**2= 1.97。结构刚重比EJd/GH**2大于1.4，能够通过高规（5.4.4）的整体稳定验算。

3.4 构造措施

本工程核心筒筒体外侧均匀双向布置剪力墙，控制筒体角部开洞距离>1m，内侧适当减少剪力墙布置。剪力墙墙厚取200～300mm。经计算后结构整体形心与中心基本重合；筒体楼盖外角采用双层双向钢筋。筒体与框架部分采用厚板连接，板厚200mm，采用双层双向钢筋，并加设斜向暗梁；筒体连梁设置交叉暗撑，无搁置于连梁上的楼盖主梁。筒体墙水平、竖向钢筋配筋率大于0.3%；顶部两层斜柱计算时分别采用SATWE及PMSAP结果，计算上采用中震弹性进行内力复核。且另选取PK进行复核，考虑斜柱自重的合理加载，并适当加强斜柱配筋。斜柱底部及顶住框架梁考虑偏心受拉设计；斜柱底板、顶板板厚均适当加厚，板配筋采用双层双向配筋；顶层局部位置采用搭接柱转换。常规的梁式转换，转换梁截面较大且抗剪不利。本工程增设一道钢筋混凝土剪力墙进行转换。经计算，搭接柱转换各项内力值明显小于常规梁式转换。因增设的剪力墙却承受较大内力，形成应力集中，而且搭接柱的本身受力较为复杂，所承担的弯矩、轴力、剪力均较大。故设计图阶段对于该区段采取了配筋加强措施。该段墙厚为300mm，墙内竖向分布筋为φ16×150、水平分布筋为φ16×100。

4 结语

本文介绍了该框筒结构的概况及结构构造措施等，采用两种不同力学模型的结构分析软件进行结构整体分析。本工程的结构设计方案及构造措施可为同类工程的设计提供了参考借鉴。

参考文献

[1] 中华人民共和国行业标准.高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）.中国建筑工业出版社，2010.

[2] 张伟，严力军.深圳规划大厦结构设计及关键技术问题处理[J].深圳土木与建筑，2007（12）.

[3] 周洲，华立冲.黄浦体育中心办公楼斜柱结构计算分析[J].结构工程师，2006（2）.