框架—核心筒結構在工程中的應用

趙 斌

(大同市二院建筑設計研究有限責任公司，山西大同 037000)

0 引言

筒體結構，屬于高層建筑結構，一般包括框筒、框架—核心筒、筒中筒結構等?？蚣芎诵耐餐鈬怯闪褐鶚嫵傻目蚣苁芰w系，而中間是筒體(比如電梯井)，因為筒體在中間，所以稱為核心筒?？蛲步Y構體系是在建筑結構物四周布置框架柱與框架梁，框架柱間距較小、框架梁截面高度較高結構形式;筒中筒結構由框筒作為外筒，鋼筋混凝土剪力墻設置在內部;框筒結構與筒中筒結構抗扭轉剛度較大，由于柱距較小使得通風效果較框架—核心筒弱。目前國內建筑結構高度超過100 m以上的高層大多數采用筒體結構。

框架—核心筒四周邊布置柱框架，一般柱距較大(外部框架柱到內部剪力墻的距離為10 m左右)，在結構內部布置鋼筋混凝土剪力墻，形成框架—核心筒。該體系空間效果好、布置滿足需要、采光與通風效果較好，廣泛應用于甲級寫字樓、高檔酒店。20世紀90年代以來，該體系在深圳、上海、北京、廣州得到快速發展，隨后其他城市也陸續建設。

1 工程概況

某辦公寫字樓位于城市市區中心，地下2層，地下2層與地下1層層高依次為4.5 m和4.5 m;地面以上建筑樓層為23層，首層建筑層高為5.4m;2層～6層建筑層高為4.8m，該5層為五星級商務酒店;其他層為辦公層，層高度為3.9 m，結構總高度94.8 m，總建筑面積 32 215 m2。

本地區屬于7度抗震設防烈度區，設計基本地震加速度值為0.15g，地震分組為第二組，當地基本風壓為0.55 kPa(對風荷載屬于敏感，在計算強度時應將基本風壓值放大1.1倍)。建筑物為矩形截面，屬于丙類抗震設防類別，場地類別一類，設計基準期50，結構安全等級二級，地基基礎設計等級為甲級，由《抗規》或《高規》確定:核心筒和外框架抗震等級均為二級。

外框架平面輪廓線尺寸為36.6m×33.2m，長寬比1.1;混凝土核心筒外墻中心線尺寸X方向17.2 m，Y方向15 m。本結構高寬比為2.86，《高層混凝土技術規程》規定鋼筋混凝土框架—核心筒適用的最大高寬比為7，高寬比對結構剛度、整體穩定性、抗傾覆能力、承載力和經濟效果起宏觀控制，本結構核心筒寬高比值為0.158(滿足規定要求)。

2 結構計算結果分析與比較

2.1 結構布置方案圖

結構標準層方案見圖1。

2.2 墻柱構件截面尺寸大小、混凝土標號材料信息

圖1 結構標準層方案

地下室2層～地上4層:墻體厚度400、柱1 100×1 100，墻、柱混凝土等級C55，梁、板C45;地上5層～9層:墻體厚度350、柱1 000×1 000，墻、柱混凝土等級 C50，梁、板 C40;10層 ～14層:墻體厚度 300、柱 900×900，墻、柱混凝土等級 C45，梁、板 C35;15層～19層:墻體厚度250、柱800×800，墻、柱混凝土等級C40，梁、板C30;20層～23層:墻體厚度200、柱700×700，墻、柱混凝土等級 C35，梁、板 C25。

2.3 各個指標計算結果信息

2.3.1 框架部分分配的地震傾覆力矩

X方向框架部分分配的地震傾覆力矩為21.1%，Y方向框架部分分配的地震傾覆力矩25.7%，滿足框架—核心筒的各個抗側力構件分擔的彎矩比例要求。如果框架承擔低于20%，在滿足其他的條件下，適當加強框架柱的剛度或降低核心筒的剛度，從而使各個抗側力單元強度和剛度比例分配恰當，有利于建筑結構抗震抗風。

2.3.2 框架部分分配的樓層地震剪力最大值

X方向框架部分分配的樓層地震剪力最大值19.5%，Y方向框架部分分配的樓層地震剪力最大值23.2%，兩個方向的剪力比例差異性主要由于X方向剪力墻剛度較大，導致X方向框架柱按照剛度大小進行分配剪力值會有所下降。根據工程經驗，以及結合地震傾覆力矩分配結果，一般在實際工程中，合理的數據在20%～30%左右比較理想，為此在滿足其他指標的情況下，將X向的剪力墻上進行結構洞口(500×500)的處理，經過處理X，Y分別占有的比例為20.4%與23.5%。

2.3.3 平動系數與周期比

周期比是用來衡量結構平面扭轉是否規則。結構扭轉對應的周期與結構平動對應的周期之比，規范規定A級高度鋼筋混凝土高層結構不應大于0.9，超過該值等同于位移比大于1.5，屬于嚴重扭轉不規則結構;初步計算結果平動系數第一振型0.87(Y方向平動)、第二振型0.65(X方向平動)、第三振型0.87(該振型下結構為扭轉)。在實際工程中，高層建筑結構第一、二振型下，結構的平動系數不宜小于0.8，盡可能使其接近于1。經過調整四周框架柱截面以及適當減小剪力墻剛度，最后該結構第一、二振型下，結構的平動系數分別為0.92，0.90;前三個周期依次為3.1 s，2.99 s，2.72 s，扭轉為主的第一周期 2.72 與平動為主的第一周期 3.1 比值為 0.877，滿足不應大于 0.9。

2.3.4 最大層間位移角、最大層間位移比

最大層間位移角X和Y方向分別是1/1 158，1/920滿足規范允許值;最大層間位移比X和Y方向分別是1.25，1.24，屬于一般扭轉不規則結構。位移角最大值均發生在第5層，最大層間位移比X方向發生在第6層，Y方向發生在第9層。鑒于各項指標均滿足要求，并且符合實際工程的要求，不需要再進行處理。

2.3.5 有關梁的撓度計算分析

由于框架梁(梁截面350×750)的跨度在9 m左右，縱筋配筋率為1.8%，可以滿足要求。撓度計算結果為22 mm，盡管未超過規定值，但是為了避免由于撓度過大導致結構在使用中出現問題，將其截面高度調整為350×850，經過計算分析，撓度值降為17 mm。

3 結語

1)鋼筋混凝土框架—核心筒體系由于剛度和強度能滿足抵抗水平地震和風，經濟效果較好，在實際工程中得到了廣泛的使用。

2)框架—核心筒結構應適當加厚樓板，盡量不開洞口或少開洞口，保證樓板在自身平面內的剛度;在豎向上要避免或控制結構構件收縮和突出。

3)加大外圍框架柱與框架梁的剛度，有助于改善結構整體的抗扭轉效果，同時控制好框架柱與剪力墻的剪力分配。