试述高层建筑框架核心筒结构设计

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摘要：本文主要介绍了高层建筑框架 - 核心筒结构设计方案的整体构思,同时依据相关的规范, 站在钢管混凝土柱梁节点设计以及剪力墙平面外来对梁断嵌固作用的角度来分析。

关键词：高层建筑；框架核心筒；结构设计

中图分类号：TU318文献标识码： A

1、前言

筒体结构它是空间整截面工作结构，这就如同一根竖立在地面之上的悬臂箱形梁，同时具有造型美观、使用灵活、受力合理以及侧向刚度强这些优点，筒体结构可以依据平面墙柱构件的布置情况可以主要分为两种：第一种是筒中筒结构，由外部的框筒以及内部的核心筒组成的高层建筑，这样的话具有较大的抗侧力刚度以及承载力，外筒则由外周边间距一般则在3m之内的密柱以及高度较高的裙梁组成的，密柱框筒，这是为了建筑外观以及使用功能的需要则可通过转换层变大柱距。这种结构形式经常应用在100m之上的高层建筑。第二种是框架核心筒结构、使用建筑功能的需要在内部而组成实体筒体来作为主要的抗侧力的构件，在内筒外布置大柱距的框架之内，它的受力情况同框架剪力墙结构有相同点，由于其平面布置的规则性与内部核心筒的稳定性抗侧力作用的空间有效性，其力学性能优于一般的框架剪力墙结构。一般情况之下都是应用在60m之上的高层建筑之中。

2、高层建筑结构设计的总体构思

2.1、结构的类型

一般的高层建筑都是使用钢筋混凝土框架-核心筒这样的结构,虽然它的结构承载能力以及抗变形能力比筒中筒结构差, 但是避免着结构坚向抗侧力构件的转换,这样的话就可以满足建筑立面效果以及使用的要求。并且为了使得建筑首层首高 10.0m、结构高度超限及减小柱截面等问题得到有效地解决, 下部则可以使用干层采用钢管混凝土组合柱, 楼盖则使用现浇普通钢筋混凝土梁板体系。它的承载力以及水平位移计算之时, 其基本风压都可以依照重现期为100 年的 0.65kN/m2来取值。因为结构侧向位移满足不了限值的要求, 那么的话则就可以顶层利用建筑避难层, 来设置着钢筋混凝土桁架的结构以及加强层, 但是也应该看到结构加强层这是一把利刃剑, 一面固然可以提高结构抗侧移刚度, 同时也可以使得结构竖向刚度突变, 因此上结构加强层以及相邻层则可以依照《高规》要求进行了加强的处理。

2.2 超限的措施

如果工程结构平面形状规则、刚度以及承载力分布比较均匀, 其竖向体型也比较规则以及均匀、结构抗侧力构件上下呈现连续贯通, 除结构高度超过适用限值之外, 其它指标则通过调整之后都可以达到未超限。因为结构计超限、并且首层层高为10.0m, 超限应对措施把首层以及下部若干层的结构抗侧力构件来当做作为加强的重点: 则可以在1～15层框架柱使用钢管混凝土的组合柱，钢管混凝土叠合柱结构技术规程 CECS188: 2005 、其1～2 层核心筒剪力墙四角可以附加型钢暗柱、首层抗震等级则可以提高一级。钢管混凝土则有着十分卓越的承载能力以及变形的能力, 但是它的防腐以及防火材料不仅造价比较同时还具有一定的时效性, 那么则就需要考虑之后的维修保养, 钢管混凝土叠加合柱以及钢管混凝土组合柱这样的话就可以弥补这方面的缺陷。核心筒剪力墙四角则附加型钢暗柱, 这样的话就可以解决因为首层层高较大, 而使得剪力墙端部应力集中这样的问题,并提高剪力墙的承载能力以及抗变形的能力。

3、 钢管混凝土组合柱的梁柱节点设计

通常在建筑工程之中往往只有在框架柱中使用钢管混凝土, 但是框架梁则使用的是普通钢筋混凝土, 钢管混凝土柱yi8ji钢筋混凝土梁的连接节点则就成为了工程中难点之一。当前常用的连接点一般都有: 钢牛腿法、环梁法、双梁法、钢管开大洞之后可以补强法以及纯钢筋混凝土节点法等。在一些工程之中使用在钢管上开穿钢筋小孔的连接节点, 这样的话则为连接节点的设计可以提供较多的一种选择。

3.1、钢管开小孔的连接节点构造

一般而言，钢管之上开穿钢筋小孔的连接节点的做法要点步骤则是这样的

3.1.1、钢管开小孔: 小孔直径D= 钢筋直径 +10mm, 而小孔水平间距×D, 小孔垂直间距 =2×D。

3.1.2、钢管水平加强环:在梁顶面以及梁底面可以各设置一道,环板宽度: 钢管混凝土柱之时,可以取0.10 倍钢管的直径、钢管混凝土叠合柱之时,使用 65～100mm; 而环板的厚度则是=0.5t，这里的t为钢壁的厚度，同时也应该不小于16mm。

3.1.3、钢管竖向短加劲肋: 应该紧贴水平的加强环,而肋宽则应该=环板宽-15mm, 肋厚则和环厚的长度相同,它的长度为200mm,并且应该布置在梁开孔部位的两侧以及中间。

3.1.4、梁钢筋应该尽量使用直径比较较大的HRB400级的钢筋, 这样的话就可以减少钢管开孔的数量。在钢管混凝土叠合柱之时, 部分梁钢筋则就可以在钢筋混凝土柱区域穿过。

3.2、钢管开小孔连接节点的优势

3.2.1、钢管开小孔之后这对钢管截面削弱不大, 梁钢筋穿过小孔之后剩余的缝隙则就比较小, 钢管对于管芯混凝土的约束力通常基本没有减少, 这样的话就不会影响到钢管混凝土柱的承载能力以及它的变形能力。

3.2.2、当梁钢筋可以直接穿过钢管这几后, 梁就可以可靠的传递内力, 同时梁长的范围之内的刚度则保持不变, 结构受力分析同实际相同。钢牛腿法以及钢管开大洞之后补强法, 并且在梁端范围之内则有着相当长度的型钢, 这样的话就会使得梁刚度产生急剧的变化。

3.2.3、在设置水平加强环以及竖向短加劲肋补强之后, 钢管它在节点区则是连续的,并且节点的刚性则不会受到影响, 来满足“强节点弱构件”这样的要求。

3.2.4、现场施工比较方便, 即便是圆弧梁钢筋则也可顺利的穿过。

3.2.5、节点补强所使用的材料则比钢牛腿法以及钢管开大洞法则会减少较多, 同时造价也比较低。为进行钢管开小孔之后而进行分析研究,在上个世纪末我国钢结构协会钢-混凝土组合结构协会做了1: 5 模型的四组共计九个试件模型试验, 同时通过多个工程实践来证实这个方法的可靠性以及可行性。

4、剪力墙平面外则对梁端嵌固作用的分析

4.1、对于框架-核心筒这样的结构, 部分框架梁则就应该支撑在剪力墙平面外的方向, 剪力墙平面外对梁端嵌固作用空间是怎样的, 它的研究文献比较少, 它的设计标准以及规范也没有涉及。在影响剪力墙平面外对梁端嵌固作用的主要因素: 墙平面外对梁端嵌固作用的墙线风度、有效长度以及梁线刚度之比同墙在该层的轴压力等等。当前，较为常用的计算分析软件虽然具有墙平面外刚度分析的功能, 但是并没有考虑墙平面外它对梁端嵌固作用的有效长度, 同时遇到墙肢很长或者筒子体墙肢空间风度很大情况之时,应该计算分析软件则会高估了墙平面外对梁端的嵌固作用,这样的话就会使得梁端负弯矩计算值则应该大于实际的值,通常一般的高层建筑框架核心筒对策措施应该是这样的

4.2、使用梁端增加水平腋的方法, 这样的话就以直接增加墙平面外则对梁端嵌固作用则会有效长度。

4.3、使用增加墙边框梁的方法, 可以使用以增加平面外则对梁端嵌固的局部刚度。同时墙边框梁截面的宽度应该大于0.4 倍梁纵筋锚固的长度, 墙边框架梁截面的高度则应该大于楼面截面的高度, 这样的话就可以保证梁端剪力通过墙边框梁均匀传递到墙之上, 墙边框梁宽出墙厚处用斜角过渡。这样的话可以保证梁正截面设计则更加条例实际的受力情况, 梁端计算弯矩则可以使用“调幅再调幅”这样的方法, 即就是分析计算时设定梁端负弯矩调幅系数之后,当配筋之时通过局部的手算调幅。通过“调幅再调幅”之时,应该考虑到构件的刚度、内力重分布的充分性、裂缝的开展以及变形满足的使用要求

5、结语

伴随着我国城市建筑事业的不断的发展，和城市建筑水平及施工技术不断的提高，而高层框架建筑结构设计则在建筑工程的领域则被普遍使用，并且和传统建筑结构相比的话则就有着明显的优势。钢筋混凝土高层框架建筑结构设计具有较强的整体性与灵活性。而我国城市建筑事业发展则较多的使用了高层框架建筑这样的结构设计，为我国的建筑事业做出了较大的贡献。

参考文献：[1]李亚春.高层建筑框架核心筒结构设计分析探讨[J].中外建筑,2008(6)

[2]李锋.高层建筑框架—核心筒结构设计分析[J].建筑科技,2010(12)