框架—核心筒结构设计在高层建筑中的应用

框架—核心筒结构设计在高层建筑中的应用

高层建筑已经成为当今城市建筑的主要模式之一，对节约有限资源，实现空间合理配置具有重要意义。核心筒结合框架结构为提升高层建筑的结构性、功能性等发挥着重要作用，该结构体系已经成为许多商用建筑的主要结构型式，相关技术也已趋于成熟，积极促进建筑多样化的发展趋势。本文从具体案例进行分析，阐述这种建筑结构体系在建筑中的应用情况。

标签：框架-核心筒；结构设计；高层建筑

框架—核心筒结构作为高层建筑的一种重要结构形式，由周边的稀柱框架和内部剪力墻筒体组成。框架一核心筒结构因具有良好的受力性能和内部空间的灵活性成为目前高层建筑中普遍采用的结构形式，在超高层建筑中也有着广泛的应用。本文主要将以一栋高层商业大厦为例，分析其结构设计时的设计要点及遇到的问题。

1、工程概况

本工程地下2层，地上为24层主楼及5层裙房，主楼高度98.95m，采用框架-核心筒结构形式，裙房高度22.45m.采用框架结构形式。地下室主要功能为汽车停车库及库房；地面建筑的主要功能包括商业、办公等。

2、建筑结构

2.1参数确定

主楼框架和剪力墙筒体的抗震级别均为二级，裙房的抗震级别为三级。基本参数如下：

2.2设计特征

在正式设计时，采用了专门为高层结构分析与设计而开发的三维结构有限元分析软件SATWE，通过相应计算得出，按照1/800的位移控制指标来对结构整体刚度进行调整。从整体上而言，本结构采用现浇钢筋混凝土框架—核心筒结构形式，另外地库顶板采用现浇混凝土空心楼板。通过软件分析，我们对核心筒及框架分别进行优化，在保证满足规范限值的前提下对墙柱截面进行优化，随层高截面逐渐减小，同时优化核心简布置，减少内部剪力墙，加强薄弱方向外墙，随着核心筒墙体减少，钢筋和混凝土用量减小的同时自重也降低，核心筒基础筏板也得到优化。另外考虑到本工程两层地下室，地下水常年水位较高，基础设计时考虑一定的地下水有利作用，为甲方节省了造价。我们通过进—步计算发现，通过对其墙柱，梁板的结构布置进行调整，能够在—定程度E增加其建筑设备的设置便利性。

3、技术要点

3.1梁柱设计

该建筑上部主要为企业办公，下部为商场，综合这两种用途对于建筑的具体要求，取0.8作为计算地震应力的周期折减系数。对于核心筒周围剪力墙厚度的确定，底层短向及长向取为400mm，上部短向及长向分别取为350mm、300mm对于框柱截面的确定，由底层1200mm×1200mm随楼层升高逐级收至700mm×700mm，砼强度自下而上由C60逐级过渡至C30，需注意截面和砼强度应避免在同一层同时突变。主体结构内采用现浇钢筋混凝土楼板，并对相应的框架进行调整优化，使其在水平力作用力的变形满足规范要求，并对楼盖外角及楼层开大洞周边进行构造性加强。主楼梁间隔设计为4.5m，楼板受力形式为双向板。在进行计算过程中，需对外围框架和核心筒之间连接部位的节点进行计算，从而让其能够达到一定刚度要求，连接方式设计为刚接，考虑框架对核心筒扶壁柱的弯矩作用。

3.2计算结果

根据计算结果，在结合建筑抗震要求后对方案进行优化，对结构的整体设计进行考虑，对其结构设置以及刚度要求进行余量调整。最终地震作用下最大层间位移角为1，841（Y向、地震），风荷载作用下的最大层间位移角为1/1771（Y向），与规范限制值（1/800）较为接近。

第一平动周期为2.5654；第二平动周期为2.4485，第一捆转周期为1.9762，周期比为0.77；

底部剪力墙承担的倾覆弯矩百分比X向23.34%Y向23.79%；底层剪重比：1.94%（X方向）；2.22%（Y方向）。

3.3基础形式

根据地质条件及建筑物荷载情况，主楼、裙房和纯地库均采用桩承台基础加防水板，抗压桩和抗拔桩均采用钻孔灌注桩，其中抗压桩以中风化泥岩层作为桩端持力层，抗拔桩以桩长控制，桩砼采用C35。

3.4存在问题及处理方式

（1）裙房偏置。本工程裙房偏置，地震作用下结构边框架抗震不利，在主楼和裙房之间设缝分开，通过加强缝两侧边框架来提高其在大震下的延性，在裙房边跨内设沉降后浇带，800mm宽，以减少主楼与裙房之间的沉降差异。

（2）裙房二、三层及五层楼面开大洞，导致抽柱出现大跨度梁。大跨度梁配置预应力钢筋，严格计算裂缝及挠度；与大跨梁相连的框柱增大截面，配筋加强；同时加强开大洞楼层及相邻上一层的楼板配筋。

（3）由于地下车库的尺度较大，因此，每隔30～40 m设置800mm宽的温度后浇带。温度后浇带应在其两侧结构施工完45天后浇筑，沉降后浇带在主体结构封顶且沉降稳定后浇筑，采用比周边构件部位混凝土强度提高一级的微膨胀混凝土进行补浇筑。基础及地下室顶板提高配筋率以提高抗裂性能。

（4）基础承台及底板较厚，属大体积混凝土，设计及施工中应采取有效措施。如用低水化热水泥，减少粗细骨料的含泥量，优化混凝土集料的配比，控制混凝土水灰比等。

（5）外立面幕墙造型高出屋面6m，需考虑幕墙受风荷载作用，将外围框柱向上延伸一层之间设梁连接，并验算幕墙对框柱的外力作用。

3.5现浇钢筋混凝土空心楼板应用

地库的主要板跨为8.4m×8.4m，本着环保及节约的原则，本工程在顶板及负一层楼板（人防顶板）使用现浇钢筋混凝土空心楼板，其中顶板使用450mm厚现浇混凝土空心楼板，负一层楼板使用350mm厚现浇混凝土空心楼板。其具有重量轻、跨度大、隔热、隔音好的优点，具有很多普通楼盖所不具备的抗震性、抗裂性能优势，经济性也较好。

结语：

综上所述，本文主要从具体工程实例出发，对框架一核心筒结构在设计过程中需要注意的内容进行了分析。在设计过程中，应充分考虑风荷载及地震对框架一核心筒结构的作用效应，对于结构布置，材料应用等问题进行综合考虑，并严格按照标准执行，才能持续性提升高层建筑设计水平。