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框架核心筒结构设计中相关要点分析

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框架核心筒结构设计中相关要点分析

随着我国国民经济的迅速发展，人们对建筑高度、外观、平面布置提出了更高的要求。因此，框架-核心筒体系在高层建筑中得到了广泛的應用，其结构体系具有外框架间距大、布置方式多变、建筑立面灵活等优点，因此满足了现代建筑的外观要求。框架-核心筒结构是由核心筒与外围的稀柱框架组成的，其与周边的梁构成了外框架，中间以剪力墙布置成筒体，受力变形特征与框架-剪力墙结构比较类似。下面结合某高层办公楼结构设计实例，主要就结构设计方案的构思及设计要点进行了探讨。

1 工程概况

某高层办公楼，总建筑面积50820m2，地下2层，地上24层，建筑高度99.9m。地下1～2层为车库及设备用房，1层为办公大厅，2～4为商业用房，5～24为办公用房。建筑结构安全等级为二级，设计使用年限为50年，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第二组，设计基本地震加速度为0.15g。地基基础设计等级为甲级，地面粗糙度为B类。

2 基础设计及结构方案的选择

2.1 基础设计

结合地质工程勘察报告，以及考虑造价、施工条件及周边环境等情况，本工程主楼决定采用桩筏基础，裙楼及地下室部分采用桩基础。桩身直径600mm、700mm，桩长约25m。桩身混凝土强度等级为C35，桩身钢筋均为Ⅲ级钢。单桩承载力分别为2250kN、3400kN。桩基持力层为强风化花岗岩层，桩身进入持力层深度不小于1m。筏板厚度为2.3m。

由于静压沉管灌注桩为挤土桩，为了确保工程施工质量，设计时有需要采取减小挤土效应的措施。在桩基外侧预钻部分应力释放孔；对主楼密集桩裙采用预钻孔沉桩；要求施工单位结合场地条件，提供沉桩方案中施工顺序、沉桩速率、日沉桩量等，待设计确认后才能进行施工；施工中需要做好监测工作。

2.2 结构体系对比

结构体系对比见图1。 初步设计方案：优点：柱距均匀，约10m；核心筒中心与整体结构中心基本重合。缺点：核心筒外墙因进出口、设备等需要，增开门洞部位的外墙连梁容易因为抗剪问题超筋；核心筒所占面积较大，所以核心筒刚度也大；框架柱的倾覆弯矩百分比基本在10%～30%，外围框架柱作用未得到充分发挥；与核心筒相连主框架梁截面大、配筋大。A轴、D轴交4轴为办公和商业的主入口，业主不同意在该位置有柱，且3、5轴间跨度约20m，因此不适宜做局部转换。

最终设计方案：结合建筑功能，调整柱位保证办公、商业主入口无柱，满足业主要求。核心筒面积减小，核心筒刚度减小，框架柱的倾覆弯矩百分比基本在30%～450%，外围框架柱作用得到比较充分发挥；与核心筒相连主框架梁截面及配筋减小。因核心筒减小，设备洞口基本避开核心筒设置，核心筒外墙整体性好。

2.3 楼盖体系

为提高楼层使用净高，我司向业主提出采用现浇空心楼盖结构体系，通过框架间设置宽扁框架梁满足刚度要求。但业主对该种楼盖体系造价问题存在着不同的异议，因此最终采用了普通的混凝土梁板体系。

3 构件截面及材料

4层裙房部分，大部分框架梁截面300mm×700mm，次梁250mm×500mm；主体核心筒部分，大部分框架梁截面500mm×700mm，次梁250mm×500mm。梁板混凝土强度等级：底板、地下一层板及顶板均为C35，其中底板为P8抗渗混凝土、顶板为P6抗渗混凝土；一层至屋面为C30。

核心筒外围墙厚由400至上部楼层减小为300mm，内墙厚分别为300mm和200mm。4层裙房部分框架柱截面由700mm×700mm减小至500mm×500mm；与核心筒相连框架柱截面1200mm×1200mm减小至700mm×700mm，其中基础顶面至五层框架柱内增设型钢。墙、柱混凝土强度等级：纯地下室墙、柱为C35；主楼部分基础顶至7层为C50，8层至14层为C45，15层至20层为C40，21层以上为C35。钢筋材料为HRB400。

4 结构计算及分析

本工程计算分析采用PKPM结构设计软件，上部采用SATWE，基础采用JCCAD。

4.1 自振周期与振型

结构的前3阶周期如下表1所示，分析过程振型数为18个，而且两者的质量系数均满足《高规》要求的90%以上（X向99.66%，Y向99.50%）。

4.2 控制参数

框架柱的倾覆弯矩百分比1至20计算层均小于50%，基本在30%～50%之间，这正说明了剪力墙的数量满足《高规》8.1.3条的规定。

5 关键部位处理及抗震构造措施

（1）核心筒四角从基础顶面至屋顶均按约束边缘构件；4轴交B、C轴位置设置护壁柱；5轴交B、C轴位置设置护壁柱，并核心筒角部约束边缘构件整体设置；核心筒外墙连梁交叉钢筋。

（2）核心筒部分楼层因电梯及楼梯开洞，该部分楼层板厚均为150mm，最小配筋率取0.25%，双层双向配筋。

（3）型钢混凝土框架柱是本工程关键部位的处理难点，因此要求施工单位需严格按照《型钢混凝土组合结构构造》施工。

6 结论与建议

综上所述，本文通过结合工程实例针对框架-核心筒结构设计要点分析，得到了以下几方面的结论：

（1）核心筒的宽度不宜小于筒体高度的1/12，当筒体结构设置角筒、剪力墙或增强结构整体刚度的构件时，可适度放宽； （2）核心筒的连梁宜配置交叉暗撑或交叉钢筋，提高连梁延性；在核心筒截面基本确定的情况下，为控制结构的周期和位移，增大框架梁截面，可有效增加结构的抗侧刚度，但也应考虑梁高对楼层净空的影响；

（3）框架-核心筒结构的周边柱间设置框架梁；柱截面尺寸的变化与核心筒墙厚的变化宜错开；采用型钢混凝土柱时，可有效控制柱的截面尺寸，提高使用空间；

（4）本工程X向采用了增设内柱的框架-核心筒结构，基础顶面至五层主楼框架柱内设置型钢，基础采用静压沉管灌注桩基础。本工程设计既满足了建筑的里面效果和使用功能要求，又满足了结构的安全性和经济性要求。

【参考文献】

[1] JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2] GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].

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框架—核心筒结构的优化分析

框架—核心筒结构的优化分析

框架—核心筒结构的优化分析

框架-核心筒结构作为当今高层建筑中普遍使用的结构形式，其结构平面布置是否合理直接影响着建筑整体结构的稳定性。合理的结构平面布置，不仅能够满足建筑物的安全要求，还能实现经济性的建设目标。本文首先介绍了框架-核心筒结构平面布置的研究现状，而后通过对四个方案中面积参数比值和开洞率的分析比较，提出了一些结构平面布置的优化方案。

标签：框架-核心筒；结构平面布置；优化

0 引言

结构平面布置是高层建筑结构设计的初始环节，其合理程度不仅关系到后期结构设计、计算，还决定了建筑物的稳定性和安全性。因此，优化结构平面布置是十分必要的。结构平面布置的设计优化，其实就是在兼顾安全和经济的基础上对常规形式的突破，这种突破是以先进的结构分析设计方法为手段，对结构设计进行优化、调整、改善与提高。通过优化可使设计做到结构布置更合理，减少因设计出现的差错，消除施工过程出现的安全隐患，设计优化着力于建筑结构體系的合理化和高新技术的应用，从而带来更多的效益。

1 框架-核心筒结构的研究现状

同济大学吕西林教授等对钢筋混凝土核心筒进行低周交变的反复荷载试验。结果认为，墙肢轴压比对筒体本身的承载力的影响，耗能能力的影响，破坏模式的影响和延性的影响都很大，但对连梁的开裂和破坏影响不大。认为在该实验中，钢筋混凝土核心筒的理想耗能模式有墙体底部受弯钢筋屈服破坏和连梁弯曲剪切破坏。

2 框架-核心筒结构优化

2.1 结构优化方案

本工程实例为一栋高层商务写字楼，抗震设防6度，II类场地，地下两层，地上22层，高度82.1m，钢筋混凝土框架-核心筒结构。方案（见表1、2）主要对核心筒平面尺寸这一设计变量实行优化。保持建筑平面面积不变，通过改变核心筒的平面尺寸，计算出各方案的核心筒面积与建筑平面面积的比值、核心筒墙体面积与核心筒平面面积的比值、外框柱面积与核心筒剪力墙面积的比值等参数，并进行对比分析，继而得出最优方案。

浅谈高层框架核心筒结构设计实践

浅谈高层框架核心筒结构设计实践

浅谈高层框架核心筒结构设计实践

摘要：本文通过结合高层建筑结构，针对该框架核心筒结构类型，提出该结构的设计措施以及设计实践，同时对该结构采取整体计算分析，对分析结果进行总结，为同类工程提供参考借鉴。

关键词：高层建筑；框架核心筒；结构设计；计算分析

Abstract: This article through the combined with high building structure,

according to the core framework tube structure types, puts forward the measures and

the structural design of the design practice, at the same time for the structure

calculation analysis adopt overall, to the analysis result summarized, which provide a

reference for similar projects.

Keywords: high building; Core tube frame; Structure design; Calculation and

analysis

1. 工程概况

本项目为某高层建筑，该建筑主要作为写字楼、酒店及其配套用房、停车库、设备用房等。建塔楼平面尺寸为51.2x41.8，核心筒尺寸为26.7x21.3m。该高层结构采用框架－核心筒结构体系。建筑所处地区的基本风压按100年重现期0.55kN/㎡，地面粗糙度为B类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为II类。

2. 结构设计

2.1结构构件的抗震等级

结构构件底部加强区核心筒剪力墙，对于底部加强区核心筒剪力墙为一级，框架柱、梁为一级，框架（纯地下室位置）为三级；对于非底部加强区，则核心筒剪力墙和框架柱、梁均取二级。剪力墙底部加强部位的高度取至五层楼面，为标高23.550。

核心筒结构体系要点

核心筒结构体系要点

核心筒结构体系要点

核心筒是在建筑的中央部分，由电梯井道、楼梯、通风井、电缆井、公共卫生间、部分设备间围护形成中央核心筒，与外围框架形成一个外框内筒结构，以钢筋混凝土浇筑。

核心筒概况

核心筒有钢筋混凝土密柱组成的束筒空腹式和钢筋混凝土剪力墙式的实腹式核心筒。

钢筋混凝土核心筒—钢框架结构中，混凝土芯筒主要用于抵抗水平侧力。由于材料特点造成两种构件截面差异较大，钢筋混凝土核心筒的抗侧向刚度远大于钢框架，随着楼层增加，核心筒承担作用于建筑物上的水平荷载比重越大。钢框架部分主要是承担竖向荷载及少部分水平荷载，随着楼层增加，钢框架承担作用于建筑物上的水平荷载比重越小，由于钢材强度高，可有效减少柱体截面，增加建筑使用面积。

过于增强核心筒刚度而形成弱钢框架结构体系，会造成在强震作用下，混凝土墙体开裂，结构整体抗侧向刚度迅速下降，而钢框架结构部分承担水平荷载的比重迅速增加，超越钢框架承载能力，脱离结构设计预想，其破坏是很严重的，甚至可能造成倒塌。

布置形式

（1）框架布置形式多样，可以是方形、长方形、圆形或其他形状；结构布置尽可能规则，平面刚度布置宜均匀、对称，以减小扭转影响。质量分布均匀，内筒尽可能居中。 （2）在钢筋混凝土框架－核心筒结构中，外框架构件截面不宜过小，框架承担的剪力和弯矩需要按规范和规程的要求调整增大。在混合结构中，如果采用钢骨混凝土、钢管混凝土柱，则较容易达到双重抗侧力体系的要求；如果采用外钢框架，其总高度不宜太大。

（3）在纵横墙相交的地方设置钢骨，在楼板标高设置钢骨暗梁，可形成小钢框架以提高核心筒的承载力和抗震性能。

（4）核心筒与外柱之间若距离很大，需另设内柱或采用预应力混凝土楼盖。否则导致楼层梁太大，不利于减小层高。

（5）一般要布置楼板大梁。在楼盖布置中，需要注意使竖向荷载集中传递到大柱子上去，避免柱出现拉力（水平荷载作用下柱拉力大于重力荷载下压力）。

核心筒结构布置要点

（1）框架-核心筒结构：由核心筒与外围稀柱框架组成的高层建筑结构。

浅谈框架核心筒结构设计要点

浅谈框架核心筒结构设计要点

浅谈框架核心筒结构设计要点

摘要：随着城市化和经济的高速发展，建筑用地越发紧张，因此高楼大厦随处可见，而在高层商业建筑中，框架核心筒结构的体系经常应用于办公楼等高层建筑，框架核心筒结构具有结构布置均为对称、受力清晰、以及整体性强等优点，适用于较高的高层建筑。框架核心筒结构设计关键在与概念设计和抗震构造设计。

关键词：结构设计、框架核心筒、概念设计、构造设计

前言：

框架核心筒是由核心筒和外围柱框架组合的一种结构体系，周边柱距一般为8~12米，柱与周边梁形成外框架，外框架通过梁和楼板与中间核心筒形成整体。其大部分剪力由核心筒承担，框架柱受到的剪力远少于框架结构中的柱剪力。

一、框架核心筒在结构建模时的计算要点

在框架核心筒建模计算阶段，其主要技术指标为控制结构的位移比、位移角、周期比、剪重比、刚重比、刚度比等满足规范的要求，现以某一高层核心筒建筑为例：建筑高度95.6米，22层，抗震7度0.1g，Ⅱ类场地，在可研阶段，业主要求采用图A的（普通核心筒）和图B的（框架核心筒偏置型）两种方案进行对比分析。

图A（普通框架核心筒） 图B（框架核心筒偏置型） 现采用PKPM计算结果得：

第一自振周期 第二自振周期 扭转周期 周期比 最大位移比 弹性层间位移角

普通框架核心筒 2.9140 2.7346 2.3338 0.80 1.28 1/1132

框架核心筒偏置型 3.2520 2.9765 2.7912 0.858 1.39 1/865

由计算结果可知：相对于图B内筒偏置的框架核心筒结构，图A的框架核心筒结构的参数更理想，且按《高层建筑混凝土结构技术规程》要求，对于内筒偏置的框架核心筒结构周期比不应大于0.85，位移比不应大于1.4，由此可知，内筒偏置较不合理，最终确定采用图A的普通框架核心筒。

二、框架核心筒结构的设计难点

框筒结构的设计难点，基本就一条，结构的抗扭的问题，体现在结构的属性上，就是周期比，也即是结构的抗侧刚度与抗扭刚度的相对关系问题，从材料力学的知识当中，结构的抗扭，最理想的就是在结构的四周布置足够的材料，但是框架核心筒结构，正好相反，中间混凝土结构刚度极大，四周的框架柱刚度相对又小，所以，框架核心筒要做好，就是通过合理的结构布置，调整结构的周期比，以满足规范的要求。