某框架－核心筒结构设计重点探讨

2018-08-24梁勇

城市建筑空间 2018年7期

梁勇

（华诚博远工程技术集团有限公司，广东广州 510260）

1 工程概况

某金融中心项目由高层办公塔楼和商业裙房组成。高层建筑屋面高度为72 m，幕墙高度为79.7 m。地上地下总建筑面积77995 m2。办公塔楼地上共16层，其中1～2层局部为商业，3～16层为办公。地下室共3层，埋深约19.8 m，地下室结构连成一体。塔楼采用密柱框架－核心筒结构，在3层楼面设置转换层，3层以上密柱间距为5.25 m，3层以下采用SRC柱和SRC梁进行转换，SRC柱间距为10.5 m。在塔楼北侧，外框柱和核心筒之间间距较大，因此设置1排内柱，内柱设计为H型钢轴力柱。外框柱和核心筒之间的间距约为13 m。核心筒外采用钢筋桁架组合楼板。

2 基础设计

本项目塔楼采用桩基础，需通过优化桩数、桩径、桩深及桩底注浆等措施，尽可能减小工程实施引起的地铁车站变形量。

因此，塔楼下承压桩采用桩径为850 mm，桩身混凝土设计强度为 C40，桩端持力层为⑨粉砂层。桩端埋深约58 m，有效桩长44 m，根据地勘报告计算的单桩承载力特征值为3900 kN，根据地铁要求，设计中取单桩承载力特征值为3000 kN。

除塔楼核心筒筏板和柱下承台厚度为1500 mm，其余范围抗水底板厚度为1000 mm。塔楼下桩位布置如图1所示。

图1 塔楼桩位布置

地下室其他部分采用抗拔桩，桩径650 mm，桩身混凝土设计强度为 C40，桩端持力层为⑦粉砂层。桩端埋深约51 m，有效桩长37 m，根据地勘报告计算的单桩抗拔承载力特征值为1480 kN。

3 塔楼结构体系

3.1 抗侧力体系

塔楼抗侧力结构包括钢筋混凝土核心筒，周边抗弯密柱框架。周边密柱在3层楼面进行转换，3层及以上外框柱间距为5.25 m，3层以下为10.5 m。采用梁式转换，转换结构采用SRC柱和SRC梁，以保证转换层上下层刚度接近。抗侧力体系如图2所示。核心筒剪力墙从上至下基本连续，除东南角首层有1段内墙，需要进行转换。

3.2 塔楼重力体系

在塔楼范围，外框柱和核心筒之间的梁采用两端铰接连接，楼面体系将采用由120 mm厚钢筋桁架组合楼板、H型钢梁及栓钉组成的楼板体系。核心筒内的楼面体系采用150 mm钢筋混凝土板。

在转换层及屋面楼层，核心筒以外的楼板采用150 mm厚钢筋桁架组合楼板，核心筒以内楼板采用150 mm钢筋混凝土板。

图2 建筑结构抗侧力体系

4 塔楼弹性分析结果

4.1 设计假定

本结构计算与分析采用PKPM系列软件。采用多高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE（墙元模型）分析软件为 CSI的 ETABS9.7.4。在进行结构的整体分析时，应考虑楼板对结构刚度的影响。结构计算与分析的主要假定如下。

1）嵌固端设于地下室顶板面（地下1层剪切刚度／地上一层剪切刚度分别为 x方向＝4.0，y方向＝2.81，均大于 1.5）。

2）地震力计算采用CQC法。

3）振型数≥21，并满足有效质量参与系数大于95%。

4）采用全楼刚性假定进行整体分析。

5）地震计算中考虑结构的扭转耦联及5%的偶然偏心。

6）混合结构在多遇地震下的阻尼比取0.04。

7）周期折减系数取0.90。

8）风荷载体型系数取1.3。

4.2 计算结果

塔楼多遇地震下的结构分析结果如下：①振动周期 T1（x＋y）为 1.81 s，T2（x＋y）为 1.64 s，T3（x＋y）为1.51 s（T3为第一扭转振动周期）；②结构总重力荷载代表值 Ge为583707 kN；③总水平地震力 Fex为21651 kN，Fey为21865kN；④地震作用下剪重比 λx＝3.71%，λy＝3.74%；⑤地震作用下基底弯矩Mex＝1166493 kN·m，Mey＝1075800kN·m；⑥地震作用下顶点最大位移 Δex＝56 mm，Δey＝60 mm；⑦地震作用下最大层间位移比 δex＝1／1117，δey＝1／992；⑧总水平风荷载Fwx＝4724 kN，Fwy＝4852 kN；⑨荷载作用下基底弯矩Mwx＝201210kN·m，Mwy＝221596 kN·m；⑩风作用下顶点最大位移 Δwx＝9.3 mm，Δwy＝11.5 mm；⑪作用下最大层间位移比 δwx＝1／6858，δwy＝1／5326；最大层间位移／层间平均位移（考虑偶然偏心），x方向为1.33 mm，y方向为1.19 mm。