某钢管混凝土框架—核心筒结构的设计复核

贾 绍 雷

(深圳市国腾建筑设计咨询有限公司，上海 200336)



某钢管混凝土框架—核心筒结构的设计复核

贾 绍 雷

(深圳市国腾建筑设计咨询有限公司，上海 200336)

分别采用盈建科建筑结构设计软件及Excel结构计算表格，对处于施工图设计阶段的某钢管混凝土框架—核心筒结构进行了设计复核，并对部分钢梁截面尺寸及核心筒墙肢配筋进行了调整，实现了结构安全性及经济性的双重目标。

钢管混凝土，框架—核心筒结构，钢梁，结构设计

钢管混凝土结构具有承载力高，自重轻，抗震性能好，施工简捷，施工效率高等优点，在高层及超高层建筑中应用比例越来越高，尤其是当外框架柱为圆柱时，结构工程师更倾向于采用钢管混凝土结构。以上海市某高层商业办公楼为例，从结构安全及成本管控的角度对该钢管混凝土结构进行了设计复核工作。

1 项目概况

本工程位于上海市普陀区，总高94.0 m，地上建筑面积为45 427 m2，主要功能为办公。地上为21层，标准层层高4.3 m，地下整体为3层，局部地下4层，其中地上3层带部分裙房，功能为商业。主体结构采用了钢管混凝土框架—核心筒结构体系，项目处于施工图设计阶段，设计单位为上海天华建筑设计有限公司，受业主委托，对该项目进行了结构设计复核工作，设计复核包含了从设计荷载取值到结构计算分析及施工图复核等全面的设计把控工作。

结构设计使用年限为50年，结构重要性系数1.0。抗震设防烈度为7度，基本地震加速度为0.1g,设计地震分组为第二组；场地类别为Ⅳ类，特征周期为0.9 s[1]，结构阻尼比取0.04，结构周期折减系数为0.88[2]。基本风压为0.55 kPa,地面粗糙度按C类，风载体型系数取1.4。地下室顶板作为上部结构的嵌固端。塔楼高度不超过130 m，按文献[3]11.1.4条，钢管混凝土框架及混凝土核心筒抗震等级均为二级，钢框架梁为三级。依据文献[4]3.4.3条，项目属于抗震超限结构，地下1层至裙房3层标高范围内的核心筒及钢管混凝土柱抗震等级提高到一级。

2 结构体系及布置

1)采用了钢管混凝土框架—钢筋混凝土核心筒结构体系，水平周边框架采用钢框架梁，楼板采用压型钢板组合楼板，裙房采用钢框架结构。结构平面呈不规则切角菱形状，详见图1，核心筒向南侧偏置，塔楼在西侧外立面沿竖向逐层收进，五根钢管混凝土柱采用了斜柱形式来配合建筑造型的实现，同时也形成地上

21层无结构标准层的特点。南侧大堂有四根框架柱在地上3层标高范围内无框架梁拉结，框架柱无侧向支撑长度为16.6 m，属跃层柱，北侧外排框架柱距离核心筒在16 m左右，因而北侧在走道位置增加一排框架柱，建筑周圈均设置悬挑钢梁，并通过悬挑钢次梁与幕墙进行连接。

2)考虑到裙房面积较小，同时楼层仅有3层，裙房与塔楼连在一起，不分缝。

3)钢管混凝土柱直径为1 000 mm，壁厚为20 mm，核心筒墙肢底部最厚为800 mm，顶部最薄墙肢为250 mm，周边钢框架梁截面受建筑平面不规则影响，采用三种类型用以调整结构的整体刚度，分别为H900×300×16×28 mm,H900×500×20×35 mm，H1 000×500×28×40 mm；与内框架柱相连接的水平钢框架梁为H550×200×9×14 mm。裙房的钢柱为箱形钢柱，以保证双向受力性能。

4)框架柱及核心筒混凝土强度等级由底部楼层的C60过渡到顶层的C30，楼板及核心筒内部的混凝土梁强度等级为C30，钢材强度等级为Q345B。

3 整体结构分析

塔楼办公区恒荷载取值为1.6 kPa,活荷载取值为3.0 kPa。计算表明结构整体指标满足规范要求，同时结构在Y方向地震作用下层间位移角接近限值1/800，结构Y向包含4道不开洞的长肢剪力墙，墙肢长度均超过文献[3]7.1.2条墙段长度不宜大于8 m的要求，可知现有结构的钢管混凝土柱、周边钢框架梁、内部钢框架梁及核心筒墙肢截面尺寸处于最优状态。

罕遇地震作用下的pushover分析结果表明，跃层柱没有出现塑性铰，未达到屈服状态，钢管混凝土柱的延性性能非常好。

4 钢梁截面及核心筒配筋复核

4.1 钢次梁

结合YJK结构设计软件结果及Excel表格对水平钢次梁构件进行了复核，对部分钢次梁截面进行了调整及起拱建议。

1)塔楼北侧典型层钢次梁跨度在13.5 m左右，最大13.8 m，承担的荷载面宽度为2.8 m左右，最大宽度3.0 m，次梁截面为H550×200×9×14 mm。经验算，使用阶段组合钢梁的挠度超过限值，需要按文献[5]3.5.3条要求起拱,起拱值为50 mm，从而满足规范对使用阶段挠度的要求。

2)塔楼南侧钢次梁跨度在6.5 m左右，承担的荷载面宽度为3.0 m，次梁截面为H300×150×6×9 mm。经计算，施工阶段钢梁稳定应力超限值，使用阶段组合钢梁的挠度接近或超过限值，讨论后确定采用增加截面的形式，截面调整为H350×175×7×11 mm,避免在施工过程中增加临时支撑产生额外的措施费，同时可提高钢结构施工效率。

4.2 周边悬挑次梁

与幕墙连接的悬挑次梁典型截面均采用了H500×200×9×14 mm，如图2所示，次梁跨度最大为9 m，次梁分担的荷载面宽度为0.6 m。端部钢梁无法按照压型钢板组合楼板验算，应按普通的钢梁计算强度及稳定性。次梁承担的荷载分两部分：承担0.6 m宽压型钢板自重，附加恒荷载(1.6 kPa)及活荷载4.0 kPa，承担幕墙立面荷载(1.5 kPa)，经计算，钢次梁截面可以减小为H400×200×7×11 mm，每米长钢梁质量减少20 kg。此时，钢梁的应力比在0.76，永久荷载和活荷载标准值产生的挠度为27 mm，挠跨比为1/333<1/250，满足文献[5]对强度和刚度的要求。

4.3 弧形悬挑钢梁

建筑的东北角外侧为跨度较大的弧形悬挑钢次梁，采用两根H800×300×14×26 mm的悬挑框架梁支撑该钢次梁，如图3所示。钢次梁截面为H500×200×9×14 mm,沿弧线方向的跨度为11.5 m，压型钢板排布方向为水平向，弧形钢梁为主受力构件。弧形钢梁需按普通钢梁设计，经计算，弧形钢梁的强度及刚度均难以满足规范要求，同时考虑到弧形钢梁受力复杂，最终将弧形钢梁截面调整为H550×200×10×16 mm。

4.4 节点做法

1)设计图纸中部分钢次梁与悬挑主梁采用了刚接的做法，见图4，与图2中采用铰接的做法不一致，4.2节计算表明，采用铰接做法的钢梁满足规范要求，同时该挠度值在幕墙专业允许范围内，因而将所有的刚接做法均调整为铰接做法，既方便了施工，同时也减少了现场钢梁翼缘的焊接工作量，提高施工效率。

2)将裙房部分水平钢次梁由刚接做法调整为铰接做法，如图5所示。压型钢板铺设方向为沿竖向，悬挑端跨的悬挑荷载均由悬挑框架梁承担即可，水平钢次梁受力较小。改为铰接后，复核竖向最外端刚接的弧形钢次梁H400×200×7×11 mm，偏保守的按其承担荷载面宽度为2 m，幕墙立面荷载1.5 kPa，层高5.3 m，板厚150 mm，弧形钢次梁跨度6.0 m，得到钢梁的应力比在0.84，永久荷载和活荷载标准值产生的挠度为12 mm，挠跨比为1/500<1/250，满足文献[5]对强度和刚度的要求。

4.5 核心筒墙肢配筋

1)本工程属于抗震超限审查项目，底部加强部位墙肢抗震等级提高为一级，按文献[3]7.2.15条要求，约束边缘构件箍筋沿竖向间距不宜大于100 mm，而按7.2.16条，构造边缘构件在底部加强部位箍筋沿竖向间距要求为100 mm。本项目需要严控制底部加强部位边缘构件箍筋间距，经与设计单位讨论，将图纸中箍筋间距为150 mm的约束边缘构件及构造边缘构件调整为箍筋沿竖向间距100 mm，同时依据体积配箍率要求，对约束边缘构件箍筋直径相应调整。

2)依据计算书及规范要求，对部分墙肢的水平分布钢筋直径及间距进行了调整。计算结果显示，大部分墙体水平分布钢筋为构造配筋，剪力墙为二级时墙体水平分布筋配筋率为0.25%，调整前后的墙体水平分布钢筋对比见表1。

表1 墙体水平分布钢筋对比

4.6 裙房楼板厚度

结合裙房L2层，L3层结构平面布置，开洞的位置，开洞大小，开洞后有效楼板宽度等因素，建议将L2层及L3层楼板在除开洞周边外将楼板厚度由150 mm减薄为120 mm，经与设计单位沟通后，审图中心建议将楼板均做150 mm厚，以确保水平地震力的有效传递，与计算的刚性楼板假定一致，因而不对厚度进行调整。

5 结语

通过对结构图纸的复核，构件截面的计算分析等工作，优化了钢结构的截面尺寸、节点做法及核心筒墙肢的配筋，实现了业主对项目要求既保证结构安全性又满足经济性的复核目标。

[1] DG J08—9—2013,建筑抗震设计规程[S].

[2] 普陀区长寿社区D5-6地块商办楼结构超限报告[R].

[3] JGJ 3—2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[4] GB 50011—2010,建筑抗震设计规范[S].

[5] GB 50017—2003,钢结构设计规范[S].

Design review of a concrete-filled steel tubular frame corewall structure

Jia Shaolei

(ShenzhenGuotengArchitecturalDesignConsultingLimitedCompany,Shenzhen518000,China)

A concrete-filled steel tubular frame corewall structure which was at construction design stage has been reviewed and checked for its safety and economical efficiency by YJK structure software and Excel. Mainly some steel beam member’s section and the reinforcement of the corewall were adjusted, and finally reach the goal of structural safety control and cost control.

concrete-filled steel tubular, frame corewall structure, steel beam, structure design

1009-6825(2017)14-0025-03

2017-03-02

贾绍雷(1983- )，男，硕士，工程师

TU318

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