试探高层建筑框架核心筒结构设计.doc

1、1试探高层建筑框架核心筒结构设计摘要：随着我国经济的不断发展，高层建筑越来越普遍，由此也就带动着高层建筑质量越来越受到关注。高层建筑框架结构采用什么样的结构形式，将会直接关系到建筑的安全与否。本文结合某高层建筑实例, 简要阐述了高层建筑框架核心筒这一结构设计方式及其相应的设计要点,以期能为所需者提供借鉴。 关键词: 高层建筑；框架核心筒结构；结构设计 中图分类号：TU97 文献标识码： A 一、工程概况 某地区大厦共 30 层，由写字楼、商业附楼以及地下室构成,总占地面积为 14000 m2, 建筑总面积 45146m2,屋面结构的高度达到了131.60m。 二、结构设计总体构思 1、结构类型

2、 此建筑使用了钢筋混凝土框架核心筒的设计样式, 此种结构和筒中筒结构相比，在结构的承载能力以及抗变形能力方面虽然不完美，但其有效地避免了结构坚向抗侧力构件转换, 更好的满足了建筑的使用要求和立面效果。为了更好的解决建筑首层高 10.0m、结构高超限及减小柱截面等,建筑的下部若干层使用了钢管混凝土的组合柱,楼盖采用现浇普通钢筋混凝土梁板体系。承载力和水平位移计算时, 基本风压均按重现期2为 100 年的 0.65kN/m2 取值。由于结构侧向位移不满足限值要求, 在第 30 层利用建筑避难层, 设置了钢筋混凝土桁架的结构加强层, 结构加强层是一把利刃剑, 虽然可提高结构抗侧移刚度, 也使得结构竖

3、向刚度突变, 所以结构加强层及相邻层按高规要求进行了加强处理。 2、超限措施 此建筑的刚度、结构平面形状规则以及承载力分布都较为均匀, 竖向体型也较为均匀和规则、结构抗侧力构件上下连续贯通(见图 1), 除了结构的高度超过了适用的限值之外,其它的指标通过调整后均达到未超限。图 1 结构布置平面图 介于结构设计已经超限，同时首层的层高为 10.0m, 为此，我们需要把首层及下部若干层结构抗侧力构件作加强重点: 1-15 层框架柱采用钢管混凝土组合柱（钢管混凝土叠合柱结构技术规程 CECS188: 2005) 、1-2 层核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱、首层抗震等级提高一级。钢管混凝土有着卓越的承载

4、能力和变形能力, 但其防腐和防火材料不仅造价较高还有时效性, 需考虑今后的维修保养, 钢管混凝土叠加合柱及钢管混凝土组合柱可弥补这方面的缺陷。核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱, 以解决由于首层层高较大, 使得剪力墙端部应力集中的问题, 并提高剪力墙的承载能力和抗变形能力。 三、钢管混凝土组合柱的梁柱节点设计 对于建筑工程而言，它们更多的是在框架柱中将钢管混凝土利用了3一部分,而对于之外的框架梁，则只是用了一些最为普通的钢筋混凝土,由此，也就带来了钢筋混凝土梁和钢管混凝土柱连接节点成为工程难点。现在，我们经常用到的连接方法有：双梁法、钢牛腿法、环梁法、钢管开大洞后补强法及纯钢筋混凝土节点法等。对于本

5、工程而言，其是钢管上开穿钢筋小孔的连接节点, 为连接节点的设计提供多一种选择。 钢管开小孔的连接节点构造(见图示 2) 图 2 钢筋穿钢管立面图 钢管开穿钢筋小孔进行节点的连接，钢管开小孔的具体操作为:小孔直径为钢筋直径加上 10mm, 小孔水平间距再乘以 D, 小孔垂直间距为 2乘以 D；钢管水平加强环: 梁顶面和梁底面各设置一道, 环板宽度: 钢管混凝土柱时,取 0.10 倍钢管直径、钢管混凝土叠合柱时,取 65100mm; 环板厚度 =0.5t 且16mm( t 为钢管壁厚)；钢管竖向短加劲肋: 紧贴水平加强环, 肋宽 = 环板宽 - 15mm, 肋厚 = 环厚,长度为 200mm, 布

6、置在梁开孔部位的两侧和中间；梁钢筋尽量采用直径较大的 HRB400 级钢筋, 以减少钢管开孔数量。在钢管混凝土叠合柱时, 部分梁钢筋可以在钢筋混凝土柱区域穿过。 2、钢管开小孔连接节点优点 钢管截面在钢管开小孔后并没有明显的削弱,钢筋穿小孔后剩余缝隙很小,由此，钢管对于管芯混凝土的约束力也就基本上不会出现变化，也就谈不上影响钢管混凝土柱的承载力和变形能力；梁钢筋直接穿过钢管后,梁传递内力,梁长范围内刚度不变,结构受力与实际相同；在设置水平4加强环和竖向短加劲肋补强后, 钢管在节点区是连续的, 节点的刚性不受影响, 满足“强节点弱构件”的要求；现场施工较方便, 即使圆弧梁钢筋也可顺利穿过；节点补

7、强所用材料比钢牛腿法和钢管开大洞法减少很多,造价较低。为进行钢管开小孔后分析, 我国钢结构协会钢-混凝土组合结构协会做了 1:5 模型试验,并经多个工程实践证实该方法可靠。 四、剪力墙平面外对梁端嵌固作用的分析 框架核心筒有些框架梁需支撑在剪力墙平面外方向上,但是剪力墙平面外对梁端嵌固作用空间及设计标准无从而知。剪力墙平面外对梁端嵌固作影响因素主要是墙线风度、有效长度及梁线刚度比和墙在该层的轴压力等。现在经常用到的计算分析软件，即使具有了墙平面外刚度分析的功能, 但是也没有考虑到墙平面外对梁端嵌固作用的有效长度, 当遇到墙肢很长或筒子体墙肢空间风度很大情况时, 计算分析软件会高估了墙平面外对梁

8、端的嵌固作用, 使得梁端负弯矩计算值要大于实际值, 本工程应对措施如下:采用梁端增加水平腋方法, 用以直接增加墙平面外对梁端嵌固作用有效长度；采用增加墙边框梁方法 ( 见图示 3) ，用以增加平面外对梁端嵌固的局部刚度。墙边框梁截面宽度应不小于 0.4 倍梁纵筋锚固长度, 墙边框架梁截面高度应大于楼面截面高度, 为保证梁端剪力通过墙边框梁均匀传递到墙上, 墙边框梁宽出墙厚处用斜角过渡。 图 3 墙边框梁的设计 为了更好的保证梁正截面设计可以更好的满足实际的受力情况,对于梁端弯矩的计算则是采取“调幅再调幅”的方法,也就是分析计算时设定5梁端负弯矩调幅系数后, 配筋时再局部手算调幅。 “调幅再调幅

9、”时, 应考虑构件的刚度、内力重分布的充分性、裂缝的开展及变形满足使用要求。 五、核心筒外墙的连梁设计 对于核心筒外墙连梁，在进行纵筋的计算时，经常会有超筋的现象发生，所以，国家相关规定对连梁超筋有专门处理要求。在国家高规中有明确规定,如果是跨高的比在 5 之下，那么可以考虑连梁,也就是连梁属于深弯梁和深梁范畴,其正截面承载力计算时,已不能按杆系考虑, 也就是已不符合平截假定, 但许多分析软件仍然把连梁按杆系计算, 其计算偏差当然是很大了。按“强剪弱弯”和“强墙弱梁”原则进行连梁设计时, 虽然高规对连梁设计有具体要求, 但这个“弱”要到什么程度, 还是取决于设计者的理解和经验。对于此工程的核心

10、筒外墙连梁，其按照高规的要求做的设计,除了连梁均配置了交叉暗撑外,对非底部加强部位剪力墙的边缘构件也进行了加强处理, 以便于更好的满足“强墙弱梁”以及“多道抗震防线”的要求。 结论 高层建筑框架核心筒结构能够很好的满足建筑对于大空间以及布置灵活的需求，此外，筒体自身所具有的空间效应还能够让它的抗侧刚度远超一般框架剪力墙结构。框架距核心筒较近且沿核心筒分布，这样让它的空间效应好于框架剪力墙结构，经济上也更优越。 参考文献： 1 吴建华.某超高层大厦结构设计J.中国新技术新产品.2010(12) 62 黄斌.深圳市诺德金融中心大厦超高层结构设计J.建材与装饰(下旬刊).2011(07) 3 韩建强,李慧,罗沁,刘坚,彭欢佳.广州地区高层建筑框架-核心筒结构设计现状与建议J.建筑结构,2012(06)