□ 孫 昌 農(nóng)文婷

1 工程概況

項(xiàng)目位于廣西壯族自治區(qū)南寧市高新區(qū)，建筑面積約26400m2，地上27層（不含屋頂設(shè)備房及構(gòu)架層），地下2層，首層層高7.9m，2層層高4.6m，其余各層層高3.5m，建筑總高度約99.9m。典型的結(jié)構(gòu)平面布置圖，如圖1所示。剪力墻結(jié)合建筑疏散樓梯、電梯井、設(shè)備管井等豎向空間集中在建筑中部區(qū)域，框架柱布置在建筑周邊形成開(kāi)敞室內(nèi)空間。從結(jié)構(gòu)體系而言，該布置方式屬于規(guī)范中規(guī)定的框架—剪力墻結(jié)構(gòu)還是框架—核心筒結(jié)構(gòu)[1]，未有明確的規(guī)定，需要進(jìn)一步分析與探討。由于選取的結(jié)構(gòu)體系不同，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)、抗震措施、計(jì)算指標(biāo)以及構(gòu)件的配筋要求不同，因此對(duì)研發(fā)辦公樓項(xiàng)目的剪力墻集中布置在結(jié)構(gòu)中部時(shí)的結(jié)構(gòu)體系需要明確。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置圖

2 框架—剪力墻結(jié)構(gòu)與框架—核心筒結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

2.1 框架—剪力墻結(jié)構(gòu)與框架—核心筒結(jié)構(gòu)的定義

框架—剪力墻結(jié)構(gòu)是由框架和剪力墻共同承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)?？蚣堋诵耐步Y(jié)構(gòu)是由核心筒與外圍的稀柱框架組成的筒體結(jié)構(gòu)?？蚣堋诵耐彩峭搀w結(jié)構(gòu)形式中的其中一種[1]。

2.2 框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)

框架—剪力墻結(jié)構(gòu)是由框架和剪力墻兩種不同的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成的受力形式，因此框架部分不同于純框架結(jié)構(gòu)體系中的框架，剪力墻部分也不同于剪力墻結(jié)構(gòu)體系中的剪力墻。在結(jié)構(gòu)的中、下部樓層，剪力墻的水平側(cè)移較小，拉動(dòng)框架部分按彎曲型的曲線變形，剪力墻承受大部分的水平力，上部樓層則相反，剪力墻水平側(cè)移越來(lái)越大，有向外傾的趨勢(shì)，而框架則有向內(nèi)收的趨勢(shì)，框架拉著剪力墻按剪切型的曲線變。如圖2所示?？蚣艹顺袚?dān)外荷載產(chǎn)生的水平力外，還承擔(dān)了把剪力墻拉回來(lái)的附加水平力。在結(jié)構(gòu)的上部樓層，即使外荷載產(chǎn)生的樓層剪力很小，框架部分也會(huì)出現(xiàn)較大的水平剪力[2]。

圖2 框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形曲線

2.3 框架—核心筒結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)

框架—核心筒結(jié)構(gòu)在水平作用下的變形特征與框架—剪力墻結(jié)構(gòu)一致，呈彎曲—剪切型變化。不同之處在于核心筒剪力墻圍合而成的筒體在水平力作用下必須保證空間整體截面協(xié)同工作，即筒體腹板截面上的軸力分布基本上是符合平截面變化規(guī)律的。如圖3所示。

圖3 核心筒的受力狀態(tài)

3 研發(fā)辦公樓結(jié)構(gòu)體系選型

結(jié)合文獻(xiàn)及電算結(jié)果從以下方面對(duì)研發(fā)辦公樓的結(jié)構(gòu)體系綜合判別如下：

（1）建筑平面布局。建筑平面外部為框架，柱距8m～9m，由于外圍框架與內(nèi)部筒體之間跨度較大，增設(shè)了一排內(nèi)柱；中部核心筒較完整，核心筒沿Y向偏心布置。從平面布置形式看符合框架—核心筒結(jié)構(gòu)的平面布置要求。

（2）核心筒的平面尺寸。核心筒的平面長(zhǎng)、寬尺寸與建筑平面尺寸的比值l/L（b/B）是否大于0.35。趙西安統(tǒng)計(jì)了國(guó)內(nèi)已建成投入使用的部分高層框架—核心筒結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)核心筒尺寸與建筑平面尺寸比值多為0.35～0.55，比值在0.35以下的框架—核心筒結(jié)構(gòu)數(shù)量較少[3]。因此從使用的角度出發(fā)，對(duì)于一般的高層建筑可近似取0.35作為判斷結(jié)構(gòu)體系是否屬于框架—核心筒結(jié)構(gòu)的下限值。研發(fā)辦公樓的核心筒尺寸18.2m×9.15m，建筑平面尺寸37.4m×24.05m，l/L（b/B）比值為0.49/0.38，基本符合框架—核心筒的平面尺寸要求。

（3）核心筒剪力墻的完整性。核心筒剪力墻是否為實(shí)腹墻或可以等效視為實(shí)腹墻是水平作用下核心筒能否按平截面假定發(fā)揮空間作用效應(yīng)的重要依據(jù)。當(dāng)核心筒剪力墻的墻體開(kāi)洞較多、墻肢形成弱連梁而導(dǎo)致核心筒在水平力作用下失去平截面工作特征時(shí)，不符合框架—核心筒結(jié)構(gòu)的本質(zhì)特征，應(yīng)按框架—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。考查底部加強(qiáng)區(qū)1層～3層的墻肢在水平地震作用下的軸力分布圖。從圖4可看出X向的墻肢中間洞口較大，連梁較弱，兩片墻肢基本屬于單獨(dú)工作狀態(tài)的受力狀態(tài)，不符合平截面假定。從圖5可看出Y向墻肢由于洞口較小，受力基本符合平截面假定。

圖4 X向地震作用下C軸處墻體（1層～3層）軸力分布圖

圖5 Y向地震作用下2軸處墻體（1層～3層）軸力分布圖

（4）底層核心筒剪力墻承受的地震傾覆力矩。若底層核心筒剪力墻所承擔(dān)的地震傾覆力矩小于底層結(jié)構(gòu)總傾覆力矩的50%，即使核心筒整體性能很優(yōu)越同時(shí)又能發(fā)揮空間作用效應(yīng)，但剪力墻不再是主要抵抗水平作用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，此時(shí)結(jié)構(gòu)體系不該判定為框架—核心筒結(jié)構(gòu)。計(jì)算結(jié)果表明底層（對(duì)應(yīng)計(jì)算層號(hào)的第3層）X向剪力墻傾覆力矩與總傾覆力矩比值為66.9%，框架傾覆力矩與總傾覆力矩比值為33.1%；底層Y向剪力墻傾覆力矩與總傾覆力矩比值為66.0%，框架傾覆力矩與總傾覆力矩比值為34.0%。兩個(gè)方向均滿(mǎn)足剪力墻地震傾覆力矩與底部總地震傾覆力矩比值大于50%的要求，核心筒剪力墻是主要的抗水平作用構(gòu)件。

綜上所述，由于開(kāi)洞口較大的原因，X向水平作用下墻體的內(nèi)力分布并不符合平截面假定，更符合帶弱連梁的雙肢剪力墻體變形特征。因此，綜合判斷研發(fā)辦公樓的結(jié)構(gòu)體系更接近于框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。

4 兩種結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)要求對(duì)比

研發(fā)辦公樓自室外地面至主要屋面的建筑高度為99.9m。結(jié)構(gòu)高寬比為4.2。項(xiàng)目所在地南寧市高新區(qū)相思湖街道的抗震設(shè)防烈度為7°，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，房屋抗震設(shè)防類(lèi)別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(lèi)（丙類(lèi)）。采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系與框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)要求對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 研發(fā)辦公樓采用不同結(jié)構(gòu)體系的對(duì)比

從表1中可看出，雖然結(jié)構(gòu)高度較高，但均未超出兩種體系的最大適用高度，因此抗震等級(jí)相同。規(guī)范對(duì)于框架—核心筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求更加嚴(yán)格，對(duì)應(yīng)的土建造價(jià)會(huì)有所增加。實(shí)際按框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)，綜合表3的要求，對(duì)底部加強(qiáng)區(qū)范圍內(nèi)的剪力墻加強(qiáng)，配筋率提高至0.3%。

5 結(jié)論

（1）框架—剪力墻結(jié)構(gòu)與框架—核心筒結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)變形性能不同的抗側(cè)力單元協(xié)同工作、共同抵抗水平作用的結(jié)構(gòu)體系。當(dāng)剪力墻集中布置在建筑中部形成核心筒體時(shí)，兩者的顯著區(qū)別在于核心筒剪力墻是否滿(mǎn)足平截面協(xié)同工作的假定。

（2）框架—剪力墻結(jié)構(gòu)與框架—核心筒結(jié)構(gòu)均屬于雙重抗側(cè)力體系，實(shí)現(xiàn)了規(guī)范關(guān)于抗震設(shè)防的多重抗側(cè)力體系要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)框架與剪力墻承擔(dān)的傾覆力矩之間的比例進(jìn)行分析判斷，保證框架與剪力墻之間的協(xié)同工作。特別對(duì)于框架—核心筒結(jié)構(gòu)，由于核心筒的剛度大，更應(yīng)關(guān)注底部框架承擔(dān)的剪力及傾覆彎矩，采取有效的措施實(shí)現(xiàn)雙重抗側(cè)力體系。

（3）結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范對(duì)兩種體系設(shè)計(jì)要求進(jìn)行匯總比較，表明框架—核心筒結(jié)構(gòu)的抗震措施要求更高，這與框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系的受力性能相匹配。

（4）當(dāng)結(jié)構(gòu)高度在兩種體系的適用范圍時(shí)，采用不同的結(jié)構(gòu)體系，一定程度上對(duì)土建造價(jià)、施工的難易程度以及結(jié)構(gòu)性能均有不同的影響。研發(fā)辦公樓的結(jié)構(gòu)體系采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)更為合理。