■黎智鴻 ■廣東博意建筑設(shè)計院有限公司，廣東 順德 528312

為了更好的滿足人們的生產(chǎn)和生活的需要，現(xiàn)在的建筑結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出多元化的趨勢，建筑結(jié)構(gòu)的功能和用途越來越多。因此在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，需要考慮更多可能的受力結(jié)構(gòu)形式。框架核心筒結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中的一種重要形式，它具有剛度大、用鋼量小等特點，因此在我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用越來越廣泛。通過對框架核心筒結(jié)構(gòu)體系合理的設(shè)計，可以有效的確保建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。以下筆者將結(jié)合具體的框架核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計實例，簡要探討框架核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容。

1 項目概況

本工程為某一高層建筑設(shè)計實例，該建筑地上部分的總層數(shù)為34層，地下部分為2 層。建筑面積達(dá)到3 萬m2，建筑總高度為98.3m，鑒于建筑功能等方面限制，最終選取框架核心筒結(jié)構(gòu)體系。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，風(fēng)荷載取為0.3kN/m2，地面粗糙度為B 類，風(fēng)荷載體型系數(shù)為1.4，地震烈度為7.5 度?；A(chǔ)部分采用靜壓式預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，其強度等級為C80。

2 建筑結(jié)構(gòu)布置

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)布置應(yīng)遵循簡單、規(guī)則、對稱、少偏心的原則。在結(jié)構(gòu)方案設(shè)計階段，應(yīng)進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)選型。在確保建筑藝術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)布置應(yīng)做到既滿足抗震、抗風(fēng)性能，同時還滿足經(jīng)濟(jì)合理、美觀流暢等要求，力求營造出一個完美的建筑形象。

2.1 框架部分布置

本工程的框架部分設(shè)計成雙向梁柱剛架體系。其中一個方向與核心筒連接在一起，另一個方向則與4 根柱和兩個角部剪力墻連接在一起，從而共同組成框架-筒體的結(jié)構(gòu)體系。框架和剪力墻共同組成的結(jié)構(gòu)體系可以一同承擔(dān)兩個方向上的地震作用和風(fēng)荷載作用。

本工程的框架梁與柱之間處于重合的狀態(tài)，此時梁柱達(dá)到最佳的工作狀態(tài)，沒有出現(xiàn)梁柱偏心的問題，這樣可以有效的防止對核心區(qū)域構(gòu)造和受力造成不利的影響。

在本工程中由于受到施工工藝的限制，混凝土的強度等級僅為C40，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，出現(xiàn)了短柱的問題，僅在本工程1～6 層的位置處沒有出現(xiàn)短柱。

沿著高度方向，柱的截面是變化的，但是柱的軸線并沒有出現(xiàn)變化。這樣既可以做到沿著高度方向柱變化均勻，同時還避免出現(xiàn)偏心的問題。

以上這些部分就是本工程框架結(jié)構(gòu)布置的主要內(nèi)容。整個結(jié)構(gòu)在整體布置上整齊、規(guī)則，并沒有產(chǎn)生次應(yīng)力問題。

2.2 剪力墻部分布置

在進(jìn)行剪力墻布置時，為了充分的發(fā)揮剪力墻的作用，將剪力墻集中進(jìn)行布置，從而形成一個核心筒結(jié)構(gòu)。對于核心筒而言，具有較大的抗側(cè)力剛度，其剛度的組成不是簡單的由其中幾個部分的剛度的疊加。一般情況下，核心筒的剛度主要是受到墻體、連梁形式、洞口大小等多個因素的影響。因此需要應(yīng)用計算機才能準(zhǔn)確的計算出核心筒的剛度。

當(dāng)進(jìn)行核心筒的布置時，應(yīng)確保平面分布均勻，兩個方向上的剪力墻的剛度應(yīng)避免出現(xiàn)較大的差異，盡量接近，連梁應(yīng)適中。本工程中單肢墻的長度在8m 以內(nèi)?？v橫兩個方向的比例合理，從而兩個方向上的變形均較為相同。

在對剪力墻布置時，其軸線與框架軸線保持一致。沿著高度的方向，剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度處于均勻的變化。上下層剪力墻的軸線均勻的重合的一起，這樣可以確保荷載傳遞的合理性。對于每片剪力墻而言，其軸壓比應(yīng)控制均勻，采用計算機軟件即可計算得到各墻段的軸力，在此基礎(chǔ)上即可對剪力墻的厚度和長度進(jìn)行設(shè)計。由于剪力墻的受力機理較為復(fù)雜，因此在進(jìn)行剪力墻的布置時，需要考慮連梁、洞口以及樓板等對其的影響，通過多次反復(fù)的計算機計算和調(diào)整以確保剪力墻作用的充分發(fā)揮。在本工程中，對于剪力墻的布置，經(jīng)過多次的計算和調(diào)整，最終所確定的剪力墻技術(shù)指標(biāo)如表1 所示。在本工程中所布置的剪力墻基本可以做到荷載中心與平面中心的重合，各個構(gòu)件之間均較為均勻?qū)ΨQ，平面形狀規(guī)則簡單。

表1 剪力墻技術(shù)指標(biāo)

3 框架與剪力墻的關(guān)系

一般情況下，在框架-筒體結(jié)構(gòu)體系中，應(yīng)布置足夠數(shù)量的剪力墻。剪力墻的剛度應(yīng)確保合理，這是因為如果剛度過大，則會導(dǎo)致剪力墻結(jié)構(gòu)在地震作用下產(chǎn)生較大的反響，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部內(nèi)力的增大，同時也會影響到框架結(jié)構(gòu)作用的發(fā)揮，這樣會影響整體結(jié)構(gòu)體系的作用。一般情況下，應(yīng)將剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度特征值控制在2.5～1.15 之間。根據(jù)計算結(jié)果，在本工程中，剪力墻部分主要承受80%的水平力，框架部分主要承受20%的水平力，因此其結(jié)構(gòu)剛度的特征值為1.8。

4 結(jié)構(gòu)計算結(jié)果說明

在本工程中，采用SATWE 結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行計算。如表2 所示為本工程結(jié)構(gòu)前6 階模態(tài)振型的振動周期。表中T1 為Y方向的平動周期，T2 為X 方向的平動周期，T3 為扭轉(zhuǎn)第一周期。扭轉(zhuǎn)周期比為0.849，小于規(guī)范規(guī)定的0.9，因此可以認(rèn)為本工程的建筑結(jié)構(gòu)具有良好的抗扭性能，能夠滿足結(jié)構(gòu)抗震的要求。

5 結(jié)構(gòu)抗震性能綜合評價

在本工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了有效的確保結(jié)構(gòu)布置的合理性，需要采取合適的構(gòu)造措施，從而減小扭轉(zhuǎn)不規(guī)則帶來的不利影響，以確保結(jié)構(gòu)體系的抗震性能。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震性能的設(shè)計時，需要針對不同的地震作用，而設(shè)置不同的性能目標(biāo)，本工程的抗震設(shè)計主要是為了實現(xiàn)以下幾個目標(biāo):(1)小型地震。在小型地震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足彈性設(shè)計的要求，均應(yīng)處于彈性工作狀態(tài)。全部構(gòu)件的抗震承載力和結(jié)構(gòu)層間位移應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范和設(shè)計的要求。(2)中型地震。在中型地震作用下，結(jié)構(gòu)中的薄弱部分和重要部分構(gòu)件應(yīng)處于彈性工作狀態(tài)。在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性分析時，部分結(jié)構(gòu)可以接近屈服階段，但是不得進(jìn)去脆性破壞階段，同時各個構(gòu)件細(xì)部構(gòu)造應(yīng)滿足中等延性的要求。(3)大型地震。在大型地震作用下，重要部分的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不應(yīng)進(jìn)入屈服狀態(tài)。當(dāng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性分析時，部分結(jié)構(gòu)可以進(jìn)入屈服階段，但是不得進(jìn)入脆性破壞階段，同時其變形限制應(yīng)確保滿足規(guī)范和設(shè)計要求，一般情況下，樓層的最大層位移角應(yīng)控制在1/200 以內(nèi)。各個構(gòu)件的細(xì)部構(gòu)造需要確保滿足高延性的要求。

根據(jù)計算機軟件的計算結(jié)果可以知道，本工程的建筑結(jié)構(gòu)在8 度多的地震作用下，結(jié)構(gòu)中各個部分均勻能滿足相關(guān)的規(guī)范和設(shè)計要求。因此可以認(rèn)定本工程建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能滿足要求。

6 結(jié)語

隨著建筑形式的多元化發(fā)展，對建筑功能要求越來越多。在高層結(jié)構(gòu)中需要考慮采取剛度大、用鋼量小的結(jié)構(gòu)體系?；诖?，框架核心筒結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。文章通過結(jié)合某一高層建筑設(shè)計實例，經(jīng)綜合考慮選取框架核心筒結(jié)構(gòu)體系，系統(tǒng)地探討該結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)布置，同時為了有效的確保結(jié)構(gòu)布置的合理性，提出合適的構(gòu)造措施。從工程計算結(jié)果表明，本工程的建筑結(jié)構(gòu)具有良好的抗扭性能，能夠滿足結(jié)構(gòu)抗震的要求。

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