框架—核心筒结构设计参数控制及经济性浅析

2018-09-25朱文环

中华建设科技 2018年4期

朱文环

【摘要】本文结合某超限高层建筑设计项目，从荷载取值、结构体系布置、计算模型及软件、计算控制参数及调整方法、超限情况、抗震性能设计目标等方面进行了详细描述。阐明了框架-核心筒超限高层的一般设计方法，且为“限额”结构设计提供一些基本思路。

【关键词】超限高层；设计；经济性

【Abstract】In this paper， combined with an overrun high-rise building design project， detailed descriptions are given in terms of load values， structural system layout， calculation models and software， calculation of control parameters and adjustment methods， over-limit conditions， and seismic design goals. The general design method of the framework-core tube high-level high-level is clarified， and some basic ideas for "quotas" structure design are provided.

【Key words】Overrun high level；Design；Economical

1. 工程概述

（1）本工程由超限高层写字楼及周边商业组成，场地内设大底盘二层地下室与各个单体相连，上部用防震缝分成相对规则的各个单体。

（2）超限高层写字楼地上38层（不含机房层和设备层），檐口高度149.95m，建筑总高158.95m，超过《建筑抗震设计规范》框架-核心筒结构体系A类最大高度（130m），属于B级高度超高层建筑。

2. 荷载取值对经济性的影响

核心筒作为一个独立的悬臂筒体结构体系、抗震的第一道防线，承担了绝大部分剪力（一般可大于80%）和大部分倾覆弯矩（一般可大于60%），位置关键，抗震要求高。理论上稀柱外框架仅承担小部分剪力和倾覆弯矩，但作为抗震设计的二道防线也必须要有必要的刚度。

3. 结构体系、计算模型及软件、计算参数控制

本项目建筑平面呈正方形，相對简单，规则。结构高宽比为H/B=149.95/35.55=4.2。采用框架-核心筒结构体系；地上及地下一层框架、剪力墙的抗震等级均采用一级，地下二层抗震等级为二级；主楼地下一层与首层侧向刚度比X，Y向分别为2.03，2.02，故±0.000层楼板（即地下室顶板面）作为上部嵌固部位。混凝土强度等级：地下室与土壤、地下水直接接触的结构构件均采用抗渗等级为S8抗渗密实防水混凝土，基础承台、底板、外墙、顶板均采用C40混凝土基础；垫层采用C15素混凝土。

4. 计算控制参数及调整方法

4.1 周期比：

（1）平动周期比：规范出处：《建筑抗震设计规范》3.5.3第3条；限制目的：控制结构在两个主轴方向动力特性相近；控制指标：规范没有规定具体数值，一般按80%左右控制。

（2）扭转周期比：规范出处：《高层建筑混凝土结构技术规程》3.4.5条；限制目的：使结构具有必要的抗扭刚度，不能太弱，以减小扭转对结构产生的不利影响；控制指标：B级高度高层建筑不应大于0.85。

4.2 层间位移角：

（1）弹性层间位移角：规范出处：《建筑抗震设计规范》5.5.1条；《高层建筑混凝土结构技术规程》3.7.3条；限制目的：控制正常使用条件下的水平位移，避免过大位移影响结构承载力和使用要求；控制指标：框架-核心筒结构不宜大于1/800。

（2）弹塑性层间位移角：规范出处：《建筑抗震设计规范》5.5.5条；《高层建筑混凝土结构技术规程》3.7.5条；限制目的：控制罕遇地震作用下薄弱层（部位）弹塑性变形；控制指标：框架-核心筒结构不宜大于1/100。

4.3 位移比：

《高层建筑混凝土结构技术规程》3.4.5条；限制目的：控制结构平面布置的不规则性，避免产生过大偏心而导致结构产生较大扭转效应；控制指标：B级高度高层在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，不宜大于1.2，不应大于1.4。

4.4 剪重比：

《建筑抗震设计规范》5.2.5条；《高层建筑混凝土结构技术规程》4.3.12条；限制目的：控制各楼层的最小水平地震剪力，确保周期较长的高层结构安全；控制指标：7度（0.1g）情况下1.6%，对于竖向不规则结构的薄弱层，应乘以1.15的增大系数。

4.5 刚重比：

规范出处：《高层建筑混凝土结构技术规程》5.4.1条、5.4.4条；限制目的：确定重力荷载在水平作用位移效应引起的二阶效应性质，避免二阶效应过大，结构失稳倒塌；控制指标：大于1.4，表示通过整体稳定验算；大于2.7，表示可以不考虑重力二阶效应。

4.6 轴压比：

（1）柱轴压比：

规范出处：《建筑抗震设计规范》6.3.6条；《高层建筑混凝土结构技术规程》6.4.2条；限制目的：柱轴压比为考虑地震作用组合作用下的比值，为了保证柱的延性要求；控制指标：框架-核心筒结构一级抗震等级柱为0.75。

（2）墙轴压比：

规范出处：《建筑抗震设计规范》6.4.2条；《高层建筑混凝土结构技术规程》7.2.13条；限制目的：墙轴压比为重力荷载代表值作用下的比值，为了保证墙的延性要求；控制指标：框架-核心筒结构一级抗震等级剪力墙为0.5。

4.7 刚度比：

《建筑抗震设计规范》3.4.3条；《高层建筑混凝土结构技术规程》3.5.2条；限制目的：控制结构竖向布置的不规则性，避免刚度沿竖向突变形成“软弱层”；控制指标：框架-核心筒结构考虑层高修正的楼层侧向刚度比不宜小于0.9；对结构底部嵌固层不宜小于1.5。

4.8 层间受剪承载力比：

《建筑抗震设计规范》3.4.3条；《高层建筑混凝土结构技术规程》3.5.3条；限制目的：控制结构竖向布置的不规则性，避免抗侧力结构的受剪承载力沿竖向突变形成“薄弱层”；控制指标：B级高度高层建筑受剪承载力之比不应小于75%。

4.9 框架柱0.2Qo剪力调整：

《高层建筑混凝土结构技术规程》9.1.11条；调整目的：对外周稀柱框架按弹性刚度分配的地震剪力做基本要求，是为了保证其作为抗震的二道防线，能与核心筒协同工作形成双重抗侧力结构体系；控制指标：当各层框架承担的地震剪力不小于结构底部总地震剪力的20%时，不调整；当在10%～20%之间时，按底部总地震剪力的20%和框架部分楼层地震剪力最大值的1.5倍二者的较小值调整；当小于10%时，需增大到底部总地震剪力的15%，且应按规范要求加强第一道抗震防线核心筒剪力墙的构造。

5. 抗震性能设计目标

（1）中震不屈服验算：

不计入作用分项系数、承载力抗震调整系数、不同抗震等级的内力调整系数。材料承载力计算时材料强度取标准值。去掉了所有的安全度，属于承载力极限状态设计。

（2）中震弹性验算：

不考虑内力调整的抗震验算。即：内力调整系数均取1.0；保留荷载分项系数（也即保留了结构的安全度、可靠度）；材料强度取设计强度。属于正常弹性设计范畴。

底部加强部位剪力墙抗剪承载力按中震弹性和小震弹性两者取不利计算配筋。

（3）中震不屈服、中震弹性均属于基本烈度地震（中震）下的结构设计。本工程计算结果表明，底部加强部位剪力墙，当采用中震不屈服设计、中震弹性设计时，混凝土用量分别比小震弹性设计增加41%、67%；钢筋用量分别提高89%、138%。对结构工程量的影響很大。需要谨慎选择。

（4）大震作用下的抗剪截面控制条件：

按照《高层建筑混凝土结构技术规程》3.11.3-4公式：VGE + VEK* ≤0.15fckbh0 计算满足即可。其中VGE为重力荷载代表值作用下的构件剪力；VEK*为地震作用标准值的构件剪力，不需考虑与抗震等级有关的增大系数；fck为混凝土轴心抗压强度标准值。

6. 结束语

本文结合实际的框架-核心筒超限高层工程，依据现行规范，从荷载取值、结构体系布置、计算模型及软件、计算控制参数及调整方法、超限情况、抗震性能设计目标等方面进行了详细叙述。随着科学技术水平的提高，会有越来越完善的理论指导设计，设计原则永远是先安全准确、再经济合理。

参考文献