框架核心筒探討

1、5對(duì)框架對(duì)框架核心筒結(jié)構(gòu)平面布置的理解和探討核心筒結(jié)構(gòu)平面布置的理解和探討程懋堃張燕平沈莉（北京市建筑設(shè)計(jì)研究院北京100045）最近《建筑結(jié)構(gòu).技術(shù)通訊》上，有一些討論對(duì)框架核心筒結(jié)構(gòu)平面布置的看法，對(duì)此作者也提出一些自己的看法，在此提出與原文作者及讀者共同商榷。1原文中指出，為減小框架核心筒結(jié)構(gòu)的剪力滯后現(xiàn)象，提高結(jié)構(gòu)中間柱子的軸力，建議盡可能在外框架與核心筒間加設(shè)大梁，以增加抗側(cè)剛度，使外柱內(nèi)力也較均勻，這種思路是可以理解的，但是

2、在實(shí)際工程中是很難實(shí)現(xiàn)的。目前一般建筑功能為辦公樓的框架－核心筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒與外框架的距離通常在8m以上，由于設(shè)備管線(xiàn)會(huì)布置在核心筒周?chē)纳峡?，做大梁?huì)嚴(yán)重影響建筑對(duì)凈高的要求。所以在外框架與核心筒間加設(shè)樓面大梁的方法不太實(shí)用。2關(guān)于《高規(guī)》第9.1.6條規(guī)定，核心筒或內(nèi)筒的外墻與外框架柱間的中距，抗震設(shè)計(jì)時(shí)大于10m，宜采取另設(shè)內(nèi)柱等措施。我們認(rèn)為現(xiàn)在科技的進(jìn)步，已有較多手段可以保證大跨度情況下樓層凈高的問(wèn)題，故在有可靠依據(jù)情況下可不受

3、此限制(美國(guó)的寫(xiě)字樓外墻與內(nèi)筒之常用距離為40英尺，約為12.2m)?！陡咭?guī)》規(guī)定主梁結(jié)構(gòu)可按（110–118）Lb確定，Lb為主梁計(jì)算跨度，但是隨著近年大量興建的高層建筑對(duì)層高的要求，國(guó)內(nèi)一些設(shè)計(jì)單位已大量設(shè)計(jì)了梁高較小的工程，對(duì)于8m左右的柱網(wǎng)，框架主梁截面高度為450mm左右，寬度為350～400mm的工程也較多（高跨比為117.8）。美國(guó)ACI31805規(guī)定的梁高度表1支承情況簡(jiǎn)支梁續(xù)一端連續(xù)梁兩端連續(xù)梁高跨比116118.51

4、21注：表中數(shù)據(jù)適用于鋼筋屈服強(qiáng)度為420MPa時(shí)；配其他鋼筋時(shí)，應(yīng)乘以（0.4fyk700）。新西蘭DZ3101094規(guī)定的梁高度表2鋼筋強(qiáng)度（MPa）簡(jiǎn)支梁一端連續(xù)梁兩端連續(xù)梁300120123126430117119122一些國(guó)外規(guī)范規(guī)定的框架梁的高跨比見(jiàn)表1，2。對(duì)比可見(jiàn)，我國(guó)規(guī)范規(guī)定的高跨比下限118，比國(guó)外規(guī)范要嚴(yán)的多。在選用時(shí)，上限110適用于荷載較大的情況，當(dāng)設(shè)計(jì)人確有可靠依據(jù)，且工程上有需要時(shí)，梁的高跨比也可小于118

5、。我院設(shè)計(jì)的北京金地中心工程為滿(mǎn)足建筑凈高的要求，A、B塔兩端簡(jiǎn)支的鋼筋混凝土樓面次梁截面寬高分別為500600，跨度（梁中到墻中）分別為12.245m，10.075m，高跨比分別為120.4，122.4。后者經(jīng)過(guò)相應(yīng)的足尺構(gòu)件試驗(yàn)，結(jié)果表明該梁的強(qiáng)度、裂縫寬度及撓度均滿(mǎn)足規(guī)范要求，到目前為止，該梁的施工后性能良好。3原文中建議采用寬扁梁，我們認(rèn)為這并不能有效地減少梁的截面高度，而且寬扁梁自重較大，不利于抗震。決定梁截面高度有以下幾個(gè)條

6、件：(1)剪壓比剪壓比?？紤]地震作用組合的框架梁，當(dāng)跨高比大于2.5時(shí)，其截面組合的剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)符合V≤0.2fCbh0γRE，此條件一般較易滿(mǎn)足。(2)梁端混凝土受壓區(qū)高度梁端混凝土受壓區(qū)高度?！痘炷烈?guī)范》11.3.1條指出，在計(jì)算中，計(jì)入縱向受壓鋼筋的梁端混凝土受壓區(qū)高度應(yīng)符合下列要求：一級(jí)抗震等級(jí)時(shí)，x≤0.25h0；二級(jí)抗震等級(jí)時(shí)，x≤0.35h0。而配置縱向受壓鋼筋可以減小x值，且可以提高截面的延性。且縱向受壓鋼筋配置越多，

7、截面延性越好。1961年出版的《高層鋼筋混凝土建筑的抗震設(shè)計(jì)》（DesignofMultistyReinfcedConcreteBuildingfEarthquakeMotions），是美國(guó)抗震設(shè)計(jì)方面的經(jīng)典著作，其作者Blume和Newmark均為當(dāng)時(shí)抗震設(shè)計(jì)方面的權(quán)威（40多年后的2005年的美國(guó)混凝土規(guī)范還將此書(shū)列為主要參考書(shū)之一）。在此，列出該書(shū)給出的5根梁的彎矩曲率試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)圖1。可以看出，隨著梁受拉縱筋配筋率的提高，試件延

8、性逐漸降低，試件T4La的配筋率高達(dá)1.9%，已是脆性破壞。但在試件C4xna中，由于配置了足夠的受壓鋼筋（約為受拉鋼筋的50%），即使配筋率高達(dá)1.9%，延性仍很好。據(jù)此試驗(yàn)及其后一些驗(yàn)證試驗(yàn)，美國(guó)規(guī)范規(guī)定，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，在梁端截面上，受壓鋼筋應(yīng)不少于受拉鋼筋的50%。(3)梁的撓度應(yīng)滿(mǎn)足現(xiàn)行《混凝土規(guī)范》第梁的撓度應(yīng)滿(mǎn)足現(xiàn)行《混凝土規(guī)范》第3.3.2條的規(guī)定。條的規(guī)定。在核算梁撓度時(shí)，可使用該條的注解，即可以利用施工時(shí)模板的合理起拱的

9、有利條件，使得梁的截面高度減小后，其撓度還能符合規(guī)范要求?，F(xiàn)在有一些計(jì)算軟件，為編程方便，將樓面T形梁簡(jiǎn)化為矩形梁，需在計(jì)算撓度時(shí)注意。(4)梁裂縫驗(yàn)算依據(jù)現(xiàn)行《混凝土規(guī)范》表梁裂縫驗(yàn)算依據(jù)現(xiàn)行《混凝土規(guī)范》表334的規(guī)定。的規(guī)定。處于一類(lèi)環(huán)境時(shí)，梁最大裂縫寬度限值ωlim=0.3mm，對(duì)于年平均相對(duì)濕度小于60%的地區(qū)，如華北、東北、西北等干旱地區(qū)，最大裂縫寬度限值可采用0.4mm（符合規(guī)范要求）。百家論壇建筑結(jié)構(gòu).技術(shù)通訊2007年

10、9月6注：b為梁寬，d即h0，fc′為混凝土圓柱體試件抗壓強(qiáng)度，約折合C15～C20，ρ及ρ′為縱向受拉及受壓鋼筋的配筋率，?y及?y′為縱向受拉及受壓鋼筋的屈服強(qiáng)度，約為300～400MPa。圖1彎矩曲率關(guān)系曲線(xiàn)(5)規(guī)范規(guī)定抗震設(shè)計(jì)時(shí)，梁端縱向受拉鋼筋的配筋率規(guī)范規(guī)定抗震設(shè)計(jì)時(shí)，梁端縱向受拉鋼筋的配筋率ρ≤2.5%。美國(guó)混凝土規(guī)范ACI31805第21章規(guī)定受彎構(gòu)件的配筋率不超過(guò)2.5%，解釋如下：“限制配筋率不超過(guò)2.5%，主要是

11、避免鋼筋過(guò)于密集。次要方面，是限制常用截面主梁的剪應(yīng)力”?？梢?jiàn)配筋率2.5%的限制與抗震設(shè)計(jì)并無(wú)太多直接關(guān)系，從前文可知，受壓鋼筋對(duì)梁延性的提高有所貢獻(xiàn)，按規(guī)范要求配足受壓鋼筋后，受拉鋼筋的配筋率略大于2.5%應(yīng)該也是可以的。另外在設(shè)計(jì)中，當(dāng)梁端的縱向受力鋼筋配筋率大于2.5%后，可以在梁端水平加腋，通過(guò)增大局部斷面來(lái)解決超筋的問(wèn)題。通過(guò)以上5個(gè)條件的分析和工程實(shí)踐，可以說(shuō)明一般不必用寬扁梁來(lái)解決梁截面高度較小的問(wèn)題。4預(yù)應(yīng)力的使用使工

12、程造價(jià)加大，且工期較長(zhǎng)，一般不輕易采用。我院對(duì)于跨度8～8.4m的框架梁，截面采用400500的工程實(shí)例很多。如金地中心工程，采用框架間加設(shè)1～2根次梁來(lái)減小框架梁承受的豎向荷載，見(jiàn)圖2，結(jié)構(gòu)高跨比可取到122～123。圖2次梁方案圖3預(yù)應(yīng)力空心樓板方案5對(duì)于層高較小(如小于3.6m)，我院經(jīng)常采用預(yù)應(yīng)力空心樓板的平面布置方案（見(jiàn)圖3）。這樣既能滿(mǎn)足承載力和變形的要求，又能減輕結(jié)構(gòu)自重，減少地震作用，跨度可達(dá)14m。第一作者簡(jiǎn)介程懋堃，

13、全國(guó)設(shè)計(jì)大師，1930年生于南京，1950年畢業(yè)于上海交通大學(xué)土木工程系。北京市建筑設(shè)計(jì)研究院顧問(wèn)總工程師。代表作有王府井百貨大樓、新僑飯店和西苑飯店等。（上接10頁(yè)）填寫(xiě)增大系數(shù)（圖2）。5地震作用方向《異形柱規(guī)程》第4.2.4條規(guī)定：一般情況下，應(yīng)允許在結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向分別計(jì)算水平地震作用并進(jìn)行抗震驗(yàn)算，各方向的水平地震作用應(yīng)由該方向抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)，7度（0.15g）和8度（0.2g）時(shí)尚應(yīng)對(duì)與主軸成45的方向進(jìn)圖3輸入“斜交抗側(cè)力

14、構(gòu)件方向附加地震數(shù)”和相應(yīng)的角度行補(bǔ)充驗(yàn)算。SATWE和TAT程序中應(yīng)輸入“斜交抗側(cè)力構(gòu)件方向附加地震作用數(shù)”和相應(yīng)的角度（圖3）。6異形柱軸壓比的計(jì)算《異形柱規(guī)程》6.2.2條規(guī)定：抗震設(shè)計(jì)時(shí)，異形柱的軸壓比不宜大于表6.2.2規(guī)定的限值。表6.2.2異形柱的軸壓比限值抗震等級(jí)結(jié)構(gòu)體系截面形式二級(jí)三級(jí)四級(jí)L形0.500.600.70T形0.550.650.75框架結(jié)構(gòu)形0.600.700.80L形0.550.650.75T形0.600