框架核心筒结构设计实践及其技术探讨

摘要：本文通过结合某结构设计实例，对其采取框架核心筒结构体系，详细地提出该结构的设计措施以及整体计算分析，旨在能为同类工程提供参考借鉴。

关键词：高层建筑；结构设计；框架核心筒；整体计算

Abstract: this article by combining a structure design example, to adopt a frame structure of the core tube system, puts forward the detailed the structural design of the measures and the whole calculation and analysis, aims to can provide a reference for similar projects.

Keywords: high building; Structure design; Core tube frame; Overall computing

中图分类号：TU2文献标识码： A 文章编号：

工程概况

某综合办公楼地上标准层为办公楼，裙房为商业，地下室为车库、设备机房、人防。地上层数为43层，其中裙房为5层。地上高度为169.66m，标准层层高为3.76m。建筑高宽比为H/B = 169.66/35.8 = 4.75，长宽比为L/B=78.3/35.8=2.2。该建筑的结构类型采用现浇钢筋混凝土框架-核心筒结构（B级高度），楼盖形式采用现浇钢筋混凝土梁板式楼盖。

结构类型及抗侧力体系

（1）结构体系选取。根据本工程建筑平面布置及技术经济性分析，主楼采用现浇钢筋混凝土框架-核心筒结构。本工程结构总高度为169.66米，属于规定的B级高度高层建筑，同时属于超限高层建筑工程，需进行抗震设防专项审查。地上结构（包括地下一层）框架及剪力墙的抗震等级均为一级。地下二层～地下五层抗震等级均为三级。

（2）钢骨混凝土框架柱。为了有效地减小框架柱截面尺寸，尽可能增加楼层有效使用面积，同时为提高框架柱的延性及抗震性能，本工程主楼框架柱采用钢骨混凝土柱。混凝土强度等级采用C60，型钢Q345，型钢含钢率取规范规定的最大值8%，轴压比取规范限值0.65（短柱）。经计算，主楼底部框架柱截面的基本尺寸为1300×1300mm，往上分两次逐步减小，但钢骨从基础到屋顶全部贯通。

（3）核心筒结构。核心筒为框架-核心筒结构的主要抗侧力构件，承担大部分倾覆弯矩和地震剪力。本工程核心筒总宽度较窄，为尽可能增加楼层有效使用面积，核心筒外墙底部厚度取500mm, 顶部适当减薄。同时为提高核心筒的延性及抗震性能，在核心筒四角部位设置钢骨，且贯通建筑物全高。

楼盖结构类型

（1）楼盖型式。本工程为B级高度框架-核心筒结构，且整体结构的高宽比和核心筒的高宽比均较大，因此必须采用双向框架梁板式楼盖结构。地上标准层外框架与核心筒之间楼面梁的跨度为10.2m。为尽可能增加室内净高，减小结构高度，梁板式楼盖有以下三种方案：普通混凝土宽扁梁、有粘结预应力混凝土梁、型钢混凝土梁。通过方案比较表明，后两种方案可适当减轻楼盖自重，但根据目前国内和当地情况，总体造价仍偏高，施工工序增多或工期延长。第一种方案，施工工序简单，可缩短工期。因本工程为7度抗震设防，因此决定采用第一种方案，即普通混凝土宽扁梁。每个开间(8.7m)设置一道楼面次梁，所有梁高均控制在600mm以内。

（2）⑤、⑥轴线框架梁的处理。本工程⑤、⑥轴线的四根外框架柱与核心筒的电梯走廊对中，根据规范要求，楼盖主梁不宜支承在核心筒的洞口连梁上。针对建筑平面布置，采取如下两种处理措施：办公层、商场层等，将上述部位的每个框架柱各分成两个斜梁，一端支承在框架柱上，另一端分别支承在电梯走廊两侧的剪力墙上，满足规范要求。宾馆客房间的顶板梁，为满足客房室内净高及美观要求，上述部位的楼层梁直接支承在洞口连梁上，并对这些连梁采取如下加强措施。在整体计算时，不作刚度折减，满足受弯、剪、扭承载力及强剪弱弯要求。连梁内配置钢骨，两端伸入墙体一定长度。

结构设计加强措施

根据本工程建筑方案的结构特点，结构在南北方向的整体抗侧刚度偏弱，25层（避难层）为刚度柔软层及强度薄弱层，结构在两个主轴方向（东西向、南北向）的动力特性相差较大。针对结构存在的上述三个主要问题，经计算分析，主要采取如下措施：（1）设置“加强层”（详后述），增强南北方向的结构整体抗侧刚度。（2）在满足刚度要求的前提下，适当减少东西方向的整体抗侧刚度。将核心筒两个电梯厅（高区电梯和低区电梯）走廊的外墙洞口连梁，设计成“弱连梁”，并按框架梁的要求进行设计。为减少25层（避难层）与相邻层之间的刚度及强度突变，取消26层及以上核心筒内部分东西向的电梯井道内隔墙。

另外考虑到设置加强层的必要性，主楼核心筒调整后的总宽度为11.2m，为总高度（170m）的1/15，核心筒宽度较窄。经计算，Y向的最大弹性层间位移角基本满足规范限值（1/700）。整体结构的刚重比Y向为1.41>1.4，满足结构的稳定要求。楼层间刚度比计算结果为，25层（避难层）层高为6.0m，25层以上及以下均为标准层层高3.76m。25层与26层的楼层侧向刚度比：X、Y方向分别为0.71和0.59，Y向小于规范限值0.7，25层形成“刚度柔软层”。楼层间抗侧力结构受剪承载力比为25层（避难层）与26层的抗侧力结构受剪承载力比：X、Y方向分别为0.75和0.70，Y向小于规范限值0.75，25层形成“强度薄弱层”。双向动力特性计算结果为Ty1=6.1113s， T x1 =4.9291s， Tt1=4.1506s，虽然Tt1/Ty1=0.67

对混凝土结构采取防裂措施，本工程地下室平面尺寸为83.6x56.4m，裙房（地上1～6层）平面尺寸为78.3x54.2m，主楼标准层为78.3x35.8m。防止混凝土结构出现收缩裂缝的主要措施有：设置收缩后浇带，两个月以后封闭。根据地基情况，在主楼与裙房交界处的适当部位设置沉降后浇带。根据沉降观测结果，决定封闭时间。在混凝土干缩或温度应力较大部位，以及容易出现混凝土收缩裂缝的部位，如地下室外墙、纯地下室顶板及裙房、主楼的屋顶部位等，合理配置温度筋。必要时也可在混凝土内添加聚丙烯抗裂纤维等。采用补偿收缩混凝土，并切实加强养护。如采用低收缩水泥、控制水泥用量及水灰比，掺加性能可靠的微膨胀剂等。

地基基础设计

根据初步计算结果，主楼荷载标准值（活荷载折减，不含基础底板，下同）为1409437KN，平均650 KN/m2。其中核心筒以内达630184KN，平均1220KN/m2；核心筒以外为779253KN，平均470 KN/m2。核心筒区的荷载集度为的2.6倍。根据勘察报告，以及本工程基础持力层的实际情况，强风化泥岩及中风化泥岩作为地基下卧层（局部为持力层），其天然地基承载力（经深宽修正后）为450KPa。因此，采用天然地基不能满足地基承载力及变形要求。

为尽可能降低地基基础总体造价，为业主节约成本，针对高层框架—核心筒结构的内筒荷载大且集中的特点，拟采用“变刚度调平”原理进行设计。即增大荷载集度高区域的桩土刚度，相对弱化核心筒的地基刚度，使沉降趋向均匀。具体采取方案为在核心筒区域内采用复合桩基础，且核心筒区实现荷载与抗力的平衡。主楼核心筒以外的框架区，采用一柱一桩--筏板基础，充分发挥天然地基承载力。裙房、纯地下室区域，均采用天然地基、筏板基础。与满布桩基方案相比，上述方案的优点在于：可以消除主楼基础底板由于内筒荷载过大产生较大整体弯曲引起的内力及变形，有效减少内筒与外框架的差异沉降，大大降低基础底板砼及配筋量；可大大减小核心筒对基础底板的冲切力，从而减小基础板厚；可充分发挥地基的承载潜力；大幅减少桩的用量，节约造价，缩短工期。

结论

文章结合某综合办公楼设计实例，对其采取框架核心筒结构体系，在结构设计上采取一系列的设计措施，对该结构采取整体计算，分析结果表明，各项指标均符合规范设计要求。

参考文献：

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[2] 肖暇山．高层建筑框架核心筒结构设计分析[J]．建筑结构，2009，27（02）：31~33．

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