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        淺析建筑工程框架核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        2011-12-30 15:19:37何峭峰
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2011年14期
        關(guān)鍵詞:樓板剪力振型

        何峭峰

        (江門市房產(chǎn)建筑設(shè)計(jì)院有限公司,廣東 江門 529000)

        框架核心筒是高層建筑中常用的一種結(jié)構(gòu)型式,它是由位于建筑中部的核心筒和外圍框架組成的結(jié)構(gòu)體系,核心筒由布置在樓層中央的剪力墻圍成,它有很大的抗側(cè)力能力,框架布置在建筑的周邊,一般柱距較大,可以為建筑提供較大的空間,這種結(jié)構(gòu)形式也是適應(yīng)建筑的需要而產(chǎn)生的。

        1.工程概況

        該工程地下室2層,基坑深度10.8m,考慮底板厚度在內(nèi),基礎(chǔ)埋深大于結(jié)構(gòu)高度的1/15。地下室主要功能為停車場,主體為辦公及住宅用途。辦公樓采用框架核心筒結(jié)構(gòu)體系,核心筒為18層,結(jié)構(gòu)高度為90.60m。本工程抗震設(shè)防烈度為6度,設(shè)計(jì)地震分組為第二組,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g。本工程為對風(fēng)荷載比較敏感的的高層建筑且位于沿海地區(qū),基本風(fēng)壓按照100a重現(xiàn)期的風(fēng)壓值采用,取基本風(fēng)壓值為0.70kN/m2,風(fēng)荷載體型系數(shù)采用1.4。

        2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        2.1 結(jié)構(gòu)平面布置

        為減小整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及兩塔樓之間的影響,避免塔樓質(zhì)量和剛度不同所引起的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)增大,把塔樓和裙房之間采用140mm的防震縫自地下室分開,從而形成多個較規(guī)則的子結(jié)構(gòu)。從概念設(shè)計(jì)角度選擇結(jié)構(gòu)體系,根據(jù)建筑平面布置,結(jié)構(gòu)體系采用框架-剪力墻核心筒結(jié)構(gòu)。其中剪力墻核心筒部分采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土筒體,外圍框架柱采用鋼筋混凝土柱,樓面梁采用普通梁,樓板采用現(xiàn)澆實(shí)心板。剪力墻核心筒作為抵抗水平作用的主要構(gòu)件,外圍框架柱主要承受豎向荷載。

        為了增加樓板剛度采用了現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板,對于地下室頂板、加強(qiáng)層樓板以及屋頂樓板均適當(dāng)加厚,地下室頂板板厚取為200mm,現(xiàn)澆空心樓板按L/35~L/40確定板厚。其余雙向板均按L/40確定板厚。

        為了保證樓板的整體性,樓板與筒體的混凝土采用整體澆筑,不得在混凝土筒體外周與樓板連接處留置豎向施工縫。結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層平面見圖1。

        2.2 結(jié)構(gòu)立面布置

        由于本工程立面較規(guī)則,故框架柱和核心筒的截面以及混凝土強(qiáng)度由下至上逐漸均勻變化減小,無明顯的不規(guī)則性。核心筒剪力墻墻體上下連續(xù),只有外框架的部分框架柱需要轉(zhuǎn)換,因此相鄰層的剛度沒有發(fā)生大突變,設(shè)計(jì)時(shí)只需在收縮層處通過框架梁來加強(qiáng)該收縮層的剛度。

        考慮到核心筒除了承受主要的水平荷載,同時(shí)還要保證其在超越荷載下由于開裂剛度下降后的延性問題,因此核心筒的剪力墻采用低軸壓比設(shè)計(jì)。在構(gòu)造措施中,在核心筒與外框架連接處以及洞口處等都設(shè)置有框架柱,以保證核心筒與外框架的可靠連接。

        2.3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

        地下1層為五級人防,地下1層頂板有約1.5m厚覆土,荷載比較大,為保證地下室的凈高,并減少基巖的開挖,地下室樓蓋可適當(dāng)采用部分寬扁梁的梁板體系。本工程基底持力層為強(qiáng)風(fēng)化閃長巖,高層塔樓部分采用伐板基礎(chǔ),其余柱下采用墩基加防水板,裙房部分電梯間及樓梯間部分鋼筋混凝土墻采用帶型基礎(chǔ)加防水板;所有地下室外墻均采用帶型基礎(chǔ)加防水板。

        因地下水位較高,為-1.0m,純地下室部分需采取抗浮措施,擬采用錨桿來作為抗浮措施。地下部分及錯層處因建筑功能要求不設(shè)縫,由于總長大于規(guī)范值,且裙房與兩個塔樓高差相差懸殊,故在裙房凹處設(shè)置后澆帶,以減少混凝土收縮應(yīng)力及減少沉降引起的次應(yīng)力。

        2.4 構(gòu)造措施

        為了使各單元內(nèi)結(jié)構(gòu)平面形狀和剛度均勻?qū)ΨQ,剪力墻墻厚取200mm~300mm。大開間剪力墻及短肢剪力墻雙向布置且宜掛直對齊,以使整個結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度中心盡量靠近水平合力的作用線。墻肢厚比取為大于5,這樣既能保證結(jié)構(gòu)的安全使用,又能充分發(fā)揮所有材料性能,降低了地震力,使結(jié)構(gòu)的受力性能得以改善。

        5層以下外墻厚不小于300mm,豎向鋼筋為Φ12mm@150mm,水平鋼筋為Φ12mm@150mm;5層以上墻厚為 200mm~300mm,配筋不少于Φ10mm@150mm~200mm。因短肢剪力墻在壓彎剪的復(fù)合狀態(tài)下工作,為保證在外界干擾下不致于失穩(wěn),墻體厚度不易太薄且應(yīng)雙面配筋,以防止平面處的受彎裂縫且便于施工。

        3.結(jié)構(gòu)分析

        3.1 計(jì)算原則

        采用多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件SATWE進(jìn)行計(jì)算分析。結(jié)構(gòu)在豎向重力荷載、風(fēng)荷載以及多遇地震作用(50a內(nèi)超越概率63.2%)下的內(nèi)力和位移均按彈性方法計(jì)算。框架梁和連梁等構(gòu)件可考慮局部塑性變形引起的內(nèi)力重分布。樓板在其自身平面內(nèi)為無限剛性。

        在進(jìn)行重力荷載作用效應(yīng)分析時(shí),柱、墻軸向變形應(yīng)考慮施工過程影響,施工過程的模擬2采用分層加載法。在進(jìn)行風(fēng)作用效應(yīng)分析時(shí),正反兩個方向的風(fēng)荷載按兩個方向的較大值采用。

        抗震計(jì)算時(shí),考慮平扭耦連計(jì)算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。振型數(shù)取36個,振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90%。在內(nèi)力與位移計(jì)算中,結(jié)構(gòu)計(jì)算從地下2層算起,考慮回填土側(cè)向約束。樓面框架梁與混凝土筒體的連接用剛接,通過在梁、墻連接處的墻體內(nèi)構(gòu)造措施來實(shí)現(xiàn)這種連接方式。

        3.2 彈性分析

        彈性時(shí)程分析時(shí),每條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%,多條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%。辦公樓彈性時(shí)程分析結(jié)果見表1。

        通過以上的分析結(jié)果表明,該結(jié)構(gòu)的時(shí)程分析平均地震反應(yīng)均小于振型分解反應(yīng)譜的結(jié)果,而且都滿足規(guī)范對底部剪力的要求,顯然表明了所選時(shí)程曲線是正確的;計(jì)算結(jié)果也顯示結(jié)構(gòu)位移曲線比較均勻,無突變,不存在中間樓層薄弱層;同時(shí)每條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%,多條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%。

        4.結(jié)語

        總之,分析結(jié)果表明本文所采取的設(shè)計(jì)方法以及構(gòu)造措施等有效地控制層間位移等要求,本工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案以及分析方法可為同類工程的設(shè)計(jì)提供了參考借鑒。

        [1]王海波,陳伯望,沈蒲生.框筒結(jié)構(gòu)的層模型簡化分析方法[J].四川建筑科學(xué)研究,2006,04.

        [2]暢君文.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)若干問題的認(rèn)識[J].結(jié)構(gòu)工程師,2004,04.

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