框架-核心筒结构设计探讨

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摘要结合实际工程，根据框架-核心筒结构设计特点，对核心筒对框架梁的嵌固、核心筒连梁设计、剪力墙稳定性几个问题进行了分析。

关键词 框架-核心筒结构梁端嵌固连梁设计

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

筒体结构是由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用的建筑结构，主要可分为：框筒结构、筒中筒结构、成束筒结构与框架-核心筒结构，而后者是由核心筒与稀柱框架共同形成结构抗侧力体系的结构。框架-核心筒结构柱子的柱距一般都较大（8m~12m），它和沿周边的梁构成了外框架，中间为电梯井、楼梯间、管道井等构成的核心筒，受力特点类似框架-剪力墙结构，可以认为是一种抗震墙集中布置的框架-抗震墙结构，但由于其平面布置的规则性与内部的核心筒的稳定性及抗侧向力作用的空间有效性，其力学性能与抗震性能优于一般的框架-抗震墙结构，在我国近期的高层建筑发展中，是一种常见的结构体系。

一、工程概况

邯郸安居·东城首府S6地块3#楼，本工程位于河北省邯郸市友谊路与东柳大街交叉口的西北角，地下2层为车库，1~4层为商业，层高4.5m，5~26层为办公，层高3.6m，办公与商业之间有一2.1m层高的设备夹层，建筑物总高度为99.95m（室内外高差0.45m）。标准层平面布置如图一所示。

二、结构计算参数的选取

1）设计使用年限：50年，安全等级：二级。2）抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，地震分组为第一组，建筑抗震设防类别为丙类，场地类别为Ⅲ类；因此框架及核心筒的抗震等级均为二级，抗震构造措施为一级。3）基本风压为0.45KN/m2（根据《建筑结构荷载规范（GB50009-2012）》第8.1.2条的规定对基本风压做了适当提高），基本雪压0.35KN/m2。

三、工程特点

层数较多，框架柱轴力大，采用了高强混凝土，减小柱截面；2）结构布置方正对称，没有内柱；3）两个方向柱根数不同，跨度不同，导致两个方向刚度相差较大，通过调整梁的截面与柱的长宽比使两个方向的刚度接近；4）存在设备夹层，导致层刚度比变化大，减小设备夹层结构构件的尺寸，使其层刚度变小。根据以上特点，结合该项目的实际情况，对核心筒与框架梁、框架柱进行了合理布置，经过多次试算，得到了比较满意的结果。最终确定的核心筒、框架梁、框架柱截面尺寸与混凝土等级见表1。计算程序采用PKPM之SATWE模块，位移角、周期比等指标计算结果见表2。

表1 核心筒、框架梁、框架柱截面尺寸与混凝土等级

表2 计算结果

四、设计探讨

1.核心筒对梁端嵌固作用的分析

对于框架-核心筒结构，支撑在核心筒外墙上的框架梁的支承条件可按以下情况确定：1）沿着梁的轴线方向有墙相连接时，可按刚接；2）核心筒外墙厚度大于0.4laE（梁纵向主筋锚固长度）且梁端内侧楼板无洞口时，可按刚接；3）梁支座处另设附墙柱时可按刚接；4）不满足以上条件的梁端支承宜按铰接。在实际设计中经常会碰到以下几种情况：1）与核心筒直接相连的梁，由于筒的影响，会吸收很大的剪力，往往导致梁端抗剪承载力不足；2）随着楼层的增高，核心筒墙会越来越薄，而主梁的纵筋一般都较大，主筋的锚固长度很难满足。对于第一个问题，可以通过增加梁宽、梁端加腋、梁负弯矩调幅的方法来解决；对于第二个问题，在条件允许的情况下，可以设附墙柱，要是没有条件，也可以根据《高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）》7.1.6的第5条设置梁头来满足。

2.核心筒连梁设计

核心筒连梁超筋是非常普遍的情况，《高规》对连梁超筋有专门的处理措施，而且研究文献也不少，但计算模型的选取也是重要因素之一。《高规》规定，跨高比小于5时按连梁考虑，即连梁属于深弯梁和深梁的范畴，其正截面承载力计算时，已不能按杆系考虑，也就是已不符合平截假定，但许多分析软件仍然把连梁按杆系计算，其计算偏差当然是很大了。按“强墙弱梁”和“强剪弱弯”原则进行连梁设计时，虽然《高规》对连梁设计有具体要求，但这个“弱”要到什么程度，还是取决于设计者的理解和经验。根据《高规》9.3.8条“跨高比不大于2的框筒梁和内筒连梁宜增配对角斜向钢筋。跨高比不大于1的框筒梁和内筒连梁宜采用交叉暗撑”的规定，本工程对核心筒所有连梁均按此要求进行了加强设计，以满足“多道抗震防线”和“强墙弱梁”的要求。此外，对于超筋的连梁（数量不是很多且不影响正常使用），按照“强剪弱弯”的原则，按概念设计方法对连梁承受的内力和配筋进行再调整，使调整后的连梁首先满足截面剪压比的条件，同时限制受弯钢筋量使连梁的抗弯承载力维持在一定水平，满足强剪弱弯的条件。当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位的连梁和墙肢的弯矩设计值应相应提高，框架部分梁、柱内力值亦应相应提高。详细计算方法可以参见《全国民用建筑工程设计技术措施/结构/混凝土结构（2009年版）》附录B。

3.剪力墙稳定性

核心筒主要部位的剪力墙由于整体刚度的需求，在设计时都不会太薄，一般都没有稳定性的问题。但对于核心筒内部，楼、电梯间以及通风井处的部分墙，由于其对整体刚度贡献较小，通常会设计的较薄（墙厚200左右），这时就需注意稳定性的问题，根据《高规》附录D对其进行验算，使墙满足稳定性要求。

结语

1.核心筒为框架-核心筒结构的主要抗侧力构件，应绝对保证核心筒的整体性和刚度。

2.核心筒对框架梁的约束情况需根据梁端墙的条件确定，对于厚度较小的墙，应注意校核梁的锚固长度是否满足要求。

3.对于核心筒连梁超筋的问题应注意复核加强，对于超筋的连梁，应按概念设计方法对其内力和配筋进行再调整。

4.要重视楼、电梯间墙的稳定性。

参考文献

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部．高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010[S]．北京：中国建筑工业出版社，2010．

[2] 住房和城乡建设部工程质量安全监管司．全国民用建筑工程设计技术措施/结构/混凝土结构（2009年版）[M]．北京：中国计划出版社，2012．

[3] 程懋堃，张燕平，沈莉．对框架-核心筒结构平面布置的理解和探讨[J]．建筑结构.技术通讯，2007， (9)：5 ~ 6．

[4] 李国胜．混凝土结构设计禁忌及实例[M]．北京：中国建筑工业出版社，2007．