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高层框架核心筒结构及结构抗震设计浅析

发表时间：2020/12/18 来源：《基层建设》2020年第24期作者：叶锦沄杨强何潇

[导读] 摘要：随着时代的发展，社会的进步，人口的增长，人们对高层建筑的需求也越来越大，而高层也对应着结构设计以及结构抗震方面等的设计问题。

        中国建筑第八工程局西南分公司重庆 401120
        摘要：随着时代的发展，社会的进步，人口的增长，人们对高层建筑的需求也越来越大，而高层也对应着结构设计以及结构抗震方面等的设计问题。本文就高层建筑的框架核心筒结构及其结构抗震设计进行分析，并提出一些建议。
        关键词：高层建筑；框架核心筒；结构抗震；结构设计
        在当今这个时代，每座城市都不难见到鳞次栉比的高楼大厦，而有了高层建筑就会考虑其抗震性能，尤其是抗风能力，因此对于高层建筑进行结构设计时要慎重考虑。而框架-核心筒结构能有效解决其抗震抗风的问题，其抗侧力结构由利用其楼梯间、电梯井道、公共卫生间、设备管井等构建成剪力墙核心筒及外围布置框架柱形成，此结构能发挥框架和剪力墙筒体两种结构体系的优点，协同工作能为结构提供较高的抗侧刚度。本文结合实际案例来阐述对于框筒结构设计及抗震设计的观点。
        1.工程概况
        鲁能城三期（商业）F55-2地块、F55-3地块建设工程是一座包括大型商业、写字楼、地下交通与车库等在内的高标准城市综合体。其总建筑面积27.6㎡，其中F55-2地块建筑面积15.9万㎡，包含两栋塔楼及附属裙楼；F55-3地块建筑面积11.82万㎡，包含两栋塔楼及附属裙楼；物业形态为公寓、商业及附属车库。
        F55-3地块地上分为两栋一类高层办公楼和一栋裙房建筑，地下部分为商业、车库及设备用房。其中裙房为钢筋混凝土框架结构，地下部分层高为主要为6.0m、4.0m，地上裙房主要为6.0m、5.1m；塔楼为钢筋混凝土框架+钢筋混凝土核心筒，标准层每层建筑面积约1200㎡，层高3.2m，其中转换层层高3.8m。
        F55-2地块地上分为两栋一类高层办公楼和一栋裙房建筑，地下部分为商业、车库及设备用房。其中裙房为钢筋混凝土框架结构，地下部分层高为主要为6.0m、4.0m，地上裙房主要为6.0m、5.1m；塔楼为钢筋混凝土框架+钢筋混凝土核心筒，标准层每层建筑面积约1200㎡，A塔标准层高3.2m，局部转换层3.7m；B塔标准层高4.8m。
        该工程C塔楼结构设计使用年限50年，建筑结构安全等级为二级，地基基础设计等级为甲级，基本风压为0.40kN/㎡，地面粗糙度为C类。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）、《建筑抗震设计规范》（GB5001-2010），以下简称《抗规》的有关规定，该地区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，本工程结构需进行抗震设计，裙房以下建筑抗震设防类别为标准设防（乙），裙房以上建筑抗震设防类别为标准设防（丙）。场地地震基本烈度为6度，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，建筑物场地类别为I0类，设计地震分组为第一组，地震动反映谱特征周期为0.20 s，剪力墙抗震等级为二级，框架抗震等级为三级（裙房为三级）。

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        2.结构方案
        2.1 基础部分
        本塔楼基础采用桩基础或独立基础，以中风化泥石层为持力层，地基天然抗压强度为6.75MPa，承载力特征值fak=1536kPa；室外汽车坡道、水池底板下的土应为原状土，当地板位于基坑开挖回填区域时，该区域应采用C20素混凝土或砂卵石（夯填度不大于0.85）。基槽回填区采用C20素混凝土回填。
        2.2 上部结构体系及构件
        本塔楼上部结构层共27层（含屋面及机房屋面），采用框架-核心筒结构，长约44.5m，宽约25.4m，为长方形布置，核心筒居于中心，核心筒外围剪力墙厚度450mm，上部楼层楼层减小到400mm，内部剪力墙厚度未200~350mm，剪力墙的布置应均匀合理，通过计算调整，使结构质心及刚心基本重合，《高层建筑混凝土结构设计规程》（JGJ 3-2010），以下简称《高规》9.1.5条规定，核心筒或内筒的外墙到与外框架柱间距非抗震设计间距>15m，抗震设计间距>12m，宜设置内框柱，本塔楼核心筒外剪力墙到外框架柱最大间距为9.2m，所以不设置内柱，尽量不影响建筑使用功能，满足建筑办公空间的需求。墙柱混凝土等级如下：-3~1层为C60，2~6层为C55，7~11层为C50，12~16层为C45，17~21层C40，22层以上为C30。
        2.3 抗震措施
        在框架核心筒结构中，筒体虽是主要的抗侧构件，但考虑在大震的作用下，筒体变形受损后抗侧刚度减弱，框架部分承担的地震剪力增大，所以框架柱要有足够的抗侧能力使其能发挥框架核心筒结构多道防线的作用，遵循此原则，本工程对框架构造措施有所加强，将转角处的板厚加大至150mm，板筋双层双向拉通，且板筋最小配筋率取0。25%。洞口边梁也增大了截面尺寸，并增强其抗扭钢筋，使其具有足够的强度和刚度。
        3.结语
        框架核心筒结构能够发挥框架和剪力墙筒体两种结构体系的优点，协同工作有较高的抗侧刚度。文章通过结合某一高层建筑设计实例，系统地探讨框架核心筒结构体系的结构布置，同时为了有效保证结构的布置的合理性，提出合适的构造措施，及满足了良好的建筑立面效果和内部使用功能要求，又满足了结构的安全性及经济性要求，创造了良好的社会价值。
        参考文献：
        [1]孙垚.框架-核心筒结构设计分析探讨[J].工程建设与设计，2011（7）：32-35.
        [2]段瑾，刘东泽.框架核心筒结构抗震性能分析研究[J].低温建筑技术，2011，39-41
        [3]GB 50011-2010，建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010