1、探析高层建筑框架核心筒结构设计摘要：此篇文章结合实例，以高层建筑框架一核心筒结构为中心，简单介绍了其设计方案的整体构思，并依据相关规范，从钢管混凝土柱梁节点设计、剪力墙平面外对梁断嵌固作用分析、核心筒外墙的连梁设计等设计要点，对大厦整体结构设计进行了详细分析阐述，并对设计心得作了总结。 关键词：高层建筑框架结构 核心筒结构 钢管混凝土 中图分类号：TU208.3 文献标识码：A 文章编号： 在钢管的结构设计中，钢管按一定的构造要求开穿钢筋小孔，对钢管截面没有较大损伤，梁钢筋直接穿过钢管，使得梁内力可以可靠的传递适当设置水平加强环和竖向短加劲肋，钢管混凝土柱的承载能力和变形能力不会降低，节点刚性
2、得以保证。模型试验已经证实该方法的可靠性，工程实践已经证实该方法的可行性。大大节约梁柱节点所用钢材，施工方便。 1 工程概况 某高层建筑有 35 层，包括写字楼、商业附楼和地下室，总占地面积13800 m ，建筑面积 45146m ，屋面结构高度达 13160m。 2 结构设计总体构思 21 结构类型 工程中框架结构采用的是钢筋混凝土框架一核心筒结构，虽然其结构承载能力和抗变形能力比筒中筒结构差，但避免了结构坚向抗侧力构件的转换，满足了建筑立面效果和使用要求。为解决建筑首层层高1OOm、结构高度超限及减小柱截面等问题，下部若干层采用钢管混凝土组合柱，楼盖采用现浇普通钢筋混凝土梁板体系。 在对承
3、载力、水平位移等进行计算过程中，基本风压均按重现期为 1 O0 年的 065kNm 取值。由于结构侧向位移不满足限值要求，在第 3O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。 22 超限措施 在此项工程中，结构平面形状规则、刚度和承载力分布均匀，竖向体型也规则和均匀、结构抗侧力构件上下连续贯通(见图示 1)，除结构高度超过适用限值外，其它指标通过调整后均达到未超限。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
4、载能力和抗变形能力。 3 钢管混凝土组合柱的梁柱节点设计 在建筑工程中往往仅在框架柱中采用钢管混凝土，而框架梁则采用普通钢筋混凝土，钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁的连接节点成为工程中难点之一。 31 钢管开孔的连接节点构造(见图示 2) 钢管上开穿钢筋小孔的连接节点做法要点如下： 311 钢管开小孔：小孔的直径 D 等于钢筋直径+1Omm，小孔水平间距乘以 D，小孔垂直间距=2 乘以 D。 312 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 O1 O 倍钢管直径、钢管混凝土叠合柱时，取651O0mm：环板厚度=O5t 且16mm(t 为钢管壁厚)。 313 钢管竖向短加
5、劲肋：紧贴水平加强环，肋宽=环板宽减去15mm，肋厚等于环厚，长度为 2O0mm，布置在梁开孔部位的两侧和中间。 314 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。 32 钢管开孔连接节点的优点 32.1 钢管开小孔后对钢管截面没有太大影响，梁钢筋穿过小孔后剩余的缝隙很小，钢管对管芯混凝土的约束力基本没减少，不影响钢管混凝土柱的承载能力和变形能力。 32.2 梁钢筋直接穿过钢管后，梁可以可靠的传递内力，梁长范围内的刚度保持不变，结构受力分析与实际相同。(钢牛腿法和钢管开大洞后补强法，在梁端范围内有相当长度的型
6、钢，使得梁刚度急剧变化)。 32.3 在设置水平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。 32.4 现场施工较方便，即使圆弧梁钢筋也可顺利穿过。 32.5 节点补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。 为进行钢管开孔后分析研究，1996 年中国钢结构协会钢一混凝土组合结构协会做了 1：5 模型的四组共九个试件模型试验，并通过多个工程实践证实该方法的可靠性和可行性。 4 剪力墙平面外对梁端嵌固作用的分析 41 对于框架一核心筒结构，部分框架梁要支撑在剪力墙平面外方向，剪力墙平面外对梁端嵌固作用空间如何，其研究文献较少，设计
7、标准和规范也没有涉及。影响剪力墙平面外对梁端嵌固作用主要因素：墙平面外对梁端嵌固作用的有效长度、墙线风度与梁线刚度之比和墙在该层的轴压力等等。目前常用的计算分析软件虽然具有墙平面外刚度分析功能，但未考虑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端的嵌固作用 42 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。 43 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。 为保证梁正截面设计更加条例实际受力情况，梁端计算弯矩可以采用”调幅再调幅”方法，即分析计算时设定梁端负弯矩调幅系数后
8、，配筋时再局部手算调幅。 “调幅再调幅”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。 5 核心筒外墙的连梁设计 核心筒外墙的连梁纵筋计算超筋是非常普遍的情况，高规对连梁超筋有专门的处理措施，而且研究文献也不少，但计算模型的选取也是重要因素之一。 高规规定，跨高比小于 5 时按连梁考虑，即连梁属于深弯梁和深梁的范畴，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“强墙弱梁”和“强剪弱弯”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
9、验。 本工程核心筒外墙的连梁按高规要求进行设计，除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，以满足“多道抗震防线”和“强墙弱梁”的要求。 6 施工安全保障 在施工中安全是重中之重，为了把安全工作落到实处，本钢结构工程中建立并健全了以钢结构安装项目经理为首的安全消防保证体系。同时，由钢结构安装项目经理担任工程安全生产的第一责任人，配备专职安全员，各专业技术人员为兼职安全员。在施工过程中，还实行了项目经理安全责任制，从项目经理到现场施工作业人员层层落实安全消防责任体系，各尽其职，各负其责，从而将质量安全隐患降到了最低。 结语 影响剪力墙平面外对染端嵌固作用的主要因素
10、：墙平面外对梁端嵌固作用有效长度、墙线刚度与梁线刚度之比和墙在该层的轴压力等。为加强墙平面外对梁端嵌固作用，可采取梁端水平加腋法、增加墙边框梁方法，梁端弯矩可采用“调幅再调幅“方法。连梁属于深弯梁和深梁的范畴，正截面承载力计算时，不能按杆系模型计算。 参考文献 1李锋高层建筑框架核心筒结构设计分析 I建设科技，201008 2框架一核心筒结构设计分析探讨 m工程建设与设计，201107 3陈麟，杨航，周云巨型型钢混凝土框撑一核心筒结构性能分析J建筑结构，2012，42(3)：9195 4高层建筑混凝土结构技术规范 JGJ32002北京：中国建筑工业出版社，2002 5高层建筑结构设计建议上海科学技术出版社，2003
