探析高層建筑框架核心筒結構設計

1、<p>　　探析高層建筑框架核心筒結構設計</p><p>　　摘要：此篇文章結合實例，以高層建筑框架一核心筒結構為中心，簡單介紹了其設計方案的整體構思，并依據相關規(guī)范，從鋼管混凝土柱梁節(jié)點設計、剪力墻平面外對梁斷嵌固作用分析、核心筒外墻的連梁設計等設計要點，對大廈整體結構設計進行了詳細分析闡述，并對設計心得作了總結。 </p><p>　　關鍵詞：高層建筑框架結構 核心筒結構

2、鋼管混凝土 </p><p>　　中圖分類號：[TU208.3] 文獻標識碼：A 文章編號： </p><p>　　在鋼管的結構設計中，鋼管按一定的構造要求開穿鋼筋小孔，對鋼管截面沒有較大損傷，梁鋼筋直接穿過鋼管，使得梁內力可以可靠的傳遞適當設置水平加強環(huán)和豎向短加勁肋，鋼管混凝土柱的承載能力和變形能力不會降低，節(jié)點剛性得以保證。模型試驗已經證實該方法的可靠性，工程實踐已經證實該方法的可行

3、性。大大節(jié)約梁柱節(jié)點所用鋼材，施工方便。 </p><p><b>　　1 工程概況 </b></p><p>　　某高層建筑有35層，包括寫字樓、商業(yè)附樓和地下室，總占地面積13800 m ，建筑面積45146m ，屋面結構高度達131．60m。 </p><p>　　2 結構設計總體構思 </p><p><b

4、>　　2．1結構類型 </b></p><p>　　工程中框架結構采用的是鋼筋混凝土框架一核心筒結構，雖然其結構承載能力和抗變形能力比筒中筒結構差，但避免了結構堅向抗側力構件的轉換，滿足了建筑立面效果和使用要求。為解決建筑首層層高1O．Om、結構高度超限及減小柱截面等問題，下部若干層采用鋼管混凝土組合柱，樓蓋采用現澆普通鋼筋混凝土梁板體系。 </p><p>　　在對承載

5、力、水平位移等進行計算過程中，基本風壓均按重現期為1 O0年的0．65kN／m 取值。由于結構側向位移不滿足限值要求，在第3O層利用建筑避難層，設置了鋼筋混凝土桁架的結構加強層，結構加強層是一把利刃劍，雖然可提高結構抗側移剛度，也使得結構豎向剛度突變，所以結構加強層及相鄰層按《高規(guī)》要求進行了加強處理。 </p><p><b>　　2．2 超限措施 </b></p><

6、p>　　在此項工程中，結構平面形狀規(guī)則、剛度和承載力分布均勻，豎向體型也規(guī)則和均勻、結構抗側力構件上下連續(xù)貫通(見圖示1)，除結構高度超過適用限值外，其它指標通過調整后均達到未超限。核心筒剪力墻四角附加型鋼暗柱，以解決由于首層層高較大，使得剪力墻端部應力集中的問題，并提高剪力墻的承載能力和抗變形能力。 </p><p>　　3 鋼管混凝土組合柱的梁柱節(jié)點設計 </p><p>　　在

7、建筑工程中往往僅在框架柱中采用鋼管混凝土，而框架梁則采用普通鋼筋混凝土，鋼管混凝土柱和鋼筋混凝土梁的連接節(jié)點成為工程中難點之一。 </p><p>　　3．1鋼管開孔的連接節(jié)點構造(見圖示2) </p><p>　　鋼管上開穿鋼筋小孔的連接節(jié)點做法要點如下： </p><p>　　3．1．1鋼管開小孔：小孔的直徑D等于鋼筋直徑+1Omm，小孔水平間距乘以D，小孔垂直

8、間距=2乘以D。 </p><p>　　3．1．2鋼管水平加強環(huán)：梁頂面和梁底面各設置一道，環(huán)板寬度：鋼管混凝土柱時，取O．1 O倍鋼管直徑、鋼管混凝土疊合柱時，取65～1O0mm：環(huán)板厚度=O．5t且≥16mm(t為鋼管壁厚)。 </p><p>　　3．1．3鋼管豎向短加勁肋：緊貼水平加強環(huán)，肋寬=環(huán)板寬減去15mm，肋厚等于環(huán)厚，長度為2O0mm，布置在梁開孔部位的兩側和中間。 &l

9、t;/p><p>　　3．1．4梁鋼筋盡量采用直徑較大的HRB400級鋼筋，以減少鋼管開孔數量。在鋼管混凝土疊合柱時，部分梁鋼筋可以在鋼筋混凝土柱區(qū)域穿過。 </p><p>　　3．2鋼管開孔連接節(jié)點的優(yōu)點 </p><p>　　3．2.1鋼管開小孔后對鋼管截面沒有太大影響，梁鋼筋穿過小孔后剩余的縫隙很小，鋼管對管芯混凝土的約束力基本沒減少，不影響鋼管混凝土柱的承載能

10、力和變形能力。 </p><p>　　3．2.2梁鋼筋直接穿過鋼管后，梁可以可靠的傳遞內力，梁長范圍內的剛度保持不變，結構受力分析與實際相同。(鋼牛腿法和鋼管開大洞后補強法，在梁端范圍內有相當長度的型鋼，使得梁剛度急劇變化)。 </p><p>　　3．2.3在設置水平加強環(huán)和豎向短加勁肋補強后，鋼管在節(jié)點區(qū)是連續(xù)的，節(jié)點的剛性不受影響，滿足“強節(jié)點弱構件”的要求。 </p>

11、<p>　　3．2.4現場施工較方便，即使圓弧梁鋼筋也可順利穿過。 </p><p>　　3．2.5節(jié)點補強所用材料比鋼牛腿法和鋼管開大洞法減少很多，造價較低。 </p><p>　　為進行鋼管開孔后分析研究，1996年中國鋼結構協(xié)會鋼一混凝土組合結構協(xié)會做了1：5模型的四組共九個試件模型試驗，并通過多個工程實踐證實該方法的可靠性和可行性。 </p><p&

12、gt;　　4 剪力墻平面外對梁端嵌固作用的分析 </p><p>　　4．1對于框架一核心筒結構，部分框架梁要支撐在剪力墻平面外方向，剪力墻平面外對梁端嵌固作用空間如何，其研究文獻較少，設計標準和規(guī)范也沒有涉及。影響剪力墻平面外對梁端嵌固作用主要因素：墻平面外對梁端嵌固作用的有效長度、墻線風度與梁線剛度之比和墻在該層的軸壓力等等。目前常用的計算分析軟件雖然具有墻平面外剛度分析功能，但未考慮墻平面外對梁端嵌固作用的

13、有效長度，當遇到墻肢很長或筒子體墻肢空間風度很大情況時，計算分析軟件會高估了墻平面外對梁端的嵌固作用 </p><p>　　4．2采用梁端增加水平腋方法，用以直接增加墻平面外對梁端嵌固作用有效長度。 </p><p>　　4．3采用增加墻邊框梁方法(見圖示3)，用以增加平面外對梁端嵌固的局部剛度。 </p><p>　　為保證梁正截面設計更加條例實際受力情況，梁端計

14、算彎矩可以采用”調幅再調幅”方法，即分析計算時設定梁端負彎矩調幅系數后，配筋時再局部手算調幅?！罢{幅再調幅”時，應考慮構件的剛度、內力重分布的充分性、裂縫的開展及變形滿足使用要求。 </p><p>　　5 核心筒外墻的連梁設計 </p><p>　　核心筒外墻的連梁縱筋計算超筋是非常普遍的情況，<高規(guī)》對連梁超筋有專門的處理措施，而且研究文獻也不少，但計算模型的選取也是重要因素之一

15、。 </p><p>　　《高規(guī)》規(guī)定，跨高比小于5時按連梁考慮，即連梁屬于深彎梁和深梁的范疇，其正截面承載力計算時，已不能按桿系考慮，也就是已不符合平截假定，但許多分析軟件仍然把連梁按桿系計算，其計算偏差當然是很大了。 </p><p>　　按“強墻弱梁”和“強剪弱彎”原則進行連梁設計時，雖然《高規(guī)》對連梁設計有具體要求，但這個“弱”要到什么程度，還是取決于設計者的理解和經驗。 <

16、/p><p>　　本工程核心筒外墻的連梁按《高規(guī)》要求進行設計，除連梁均配置了交叉暗撐外，對非底部加強部位剪力墻的邊緣構件也進行了加強處理，以滿足“多道抗震防線”和“強墻弱梁”的要求。 </p><p><b>　　6 施工安全保障 </b></p><p>　　在施工中安全是重中之重，為了把安全工作落到實處，本鋼結構工程中建立并健全了以鋼結構安裝

17、項目經理為首的安全消防保證體系。同時，由鋼結構安裝項目經理擔任工程安全生產的第一責任人，配備專職安全員，各專業(yè)技術人員為兼職安全員。在施工過程中，還實行了項目經理安全責任制，從項目經理到現場施工作業(yè)人員層層落實安全消防責任體系，各盡其職，各負其責，從而將質量安全隱患降到了最低。 </p><p><b>　　結語 </b></p><p>　　影響剪力墻平面外對染端嵌

18、固作用的主要因素：墻平面外對梁端嵌固作用有效長度、墻線剛度與梁線剛度之比和墻在該層的軸壓力等。為加強墻平面外對梁端嵌固作用，可采取梁端水平加腋法、增加墻邊框梁方法，梁端彎矩可采用“調幅再調幅“方法。連梁屬于深彎梁和深梁的范疇，正截面承載力計算時，不能按桿系模型計算。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]李鋒．高層建筑框架——核心

19、筒結構設計分析I．建設科技，2010．08 </p><p>　　[2]框架一核心筒結構設計分析探討m．工程建設與設計，2011．07 </p><p>　　[3]陳麟，楊航，周云．巨型型鋼混凝土框撐一核心筒結構性能分析[J．建筑結構，2012，42(3)：91—95． </p><p>　　[4]高層建筑混凝土結構技術規(guī)范JGJ3—2002．北京：中國建筑工業(yè)出版