引 言
筒体结构具有造型美观、受力合理以及整体性强等优点,适用于高层建筑。目前全世界最高的 100幢高层建筑约有 2/3 采用筒体结构;国内 100 m以上的高层建筑约有一半采用钢筋混凝土筒体结构。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高层建筑结构。筒体结构主要包含以下 2 种:筒中筒结构;框架 - 核心筒结构。框架 - 核心筒结构由核心筒与外围的框架柱组成的高层建筑结构。框架 - 核心筒结构周边柱子的柱距比较大,一般为 8~12 m,它和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。
1 综合介绍
某研发中心(A 楼、B 楼),A 楼地上 26 层;B楼地上 12 层,裙房 3 层,地下室 2 层。A 楼标准层平面布置图如图 1 所示。A 楼高度为 97 m,B 楼高度为 46.6 m。该场地类别为Ⅱ类;地面粗糙度为B;结构设计使用年限为 50 a;抗震设防烈度为 7度,设计地震分组及加速度为第二组,0.1 g。基本风压:高层 0.40 kN/m2,多层 0.35 kN/m2,基本雪压为 0.35 kN/m2。建筑抗震设防类别为丙类;基础设计等级为甲级。A 楼下基础为桩基,其余为筏板基础。该工程的结构安全等级为二级。结构体系:A楼为框架 - 核心筒结构;B 楼为框架 - 抗震墙结构;裙房部分为框架结构。抗震等级:地下二层剪力墙三级、框架三级;地下一层及裙房剪力墙二级、框架二级;A 楼剪力墙二级、框架二级;B 楼剪力墙二级、框架三级。
2 计算分析
2.1 结构设计优化分析
某研发中心 A 楼标准层平面布置图如图 1所示,剪力墙底部加强部位墙厚 350 mm,框架柱截面为 900 mm×900 mm,底部混凝土强度为C50,底部加强区位置为负一层至 5 层楼面,经SATWE 计算结构框架楼层地震剪力如表 1 所示。【表1】
表 1 中的数据不满足《高层建筑混凝土结构技术规程》9.1.11条及 《建筑抗震设计规范》中6.7.1.2 条对筒体结构的“框架部分各层地震剪力的最大值不宜小于结构底部总地震剪力的 10%”的要求。
分析该结构,由于外周框架柱的柱距过大,柱截面偏小,梁高偏小,造成其刚度过低、核心筒刚度过高,结构底部剪力主要由核心筒承担。在强烈地震作用下,核心筒墙体可能损伤严重,经内力重新分布后,外周框架会承担较大的地震力作用。
结构设计不合理。现将底部框架柱截面改为1 100 mm×1 100 mm,并适当增大梁截面后,计算结果如表 2所示。【表2】
调整后柱承受的剪力百分比满足要求规范“不小于结构底部总地震剪力的 10%”要求。结构体系合理。
2.2 角柱的概念设计
角柱因受力较小,底部框架柱增大截面后,角柱截面仍为 900 mm×900 mm,小于一般框架柱截面,此时周期、地震力与振型输出文件结果如表3 所示。【表3】
由表 3 可知,结构扭转为主的第一自阵周期Tt=2.034 9;结构平动为主的第一自阵周期 T1=2.742 0。周期比 Tt/T1=2.034 9/2.742 0=0.74<0.85,满足规范要求。
但研究《高层建筑混凝土结构技术规程》9.1.4条“筒体结构的楼盖外角宜设置双层双向钢筋”,是由于筒体结构的双向楼板在竖向荷载的作用下,四周外角要上翘,为了防止楼板裂缝的产生,所以规范提出应该加强构造。结合框架 - 核心筒模型的结构整体空间振动简图分析,框架 - 核心筒结构在受扭转为主的阵型下,角柱平面外变形最大,是结构最容易破坏的地方,也是概念设计中最应该加强的地方。受建筑功能限制,角柱只能加大到与框架柱相同 1 100 mm×1 100 mm。加大角柱后的周期、地震力与振型输出文件结果如表4 所示。【表4】
周期比 Tt/T1=2.018 0/2.649 7=0.76<0.85,满足规范要求。
同时角柱应按双向偏心受压构件计算,纵向钢筋面积宜乘以增大系数 1.3。
3 总结
框筒设计的体会(1)框架 - 核心筒设计应注意框架部分的合理设计,避免出现由于外周框架柱的柱距过大,柱截面偏小,梁高偏小,造成其刚度过低、核心筒刚度过高,结构底部剪力主要由核心筒承担的情况产生。
(2)为控制结构的周期和位移,在核心筒截面基本确定的情况下,墙加大梁柱的截面,可有效增加结构的抗侧刚度。但当柱与核心筒相距较远时,要综合考虑梁高与楼层净空的关系。
(3)注重概念设计,加大角柱截面。文中对角柱加大前后,结构整体计算结果进行了细致的分析。发现角柱是否加大对实际的计算结果影响甚微。但应考虑到角柱应力滞后,结合《高层建筑混凝土结构技术规程》9.1.4 条“筒体结构的楼盖外角宜设置双层双向钢筋”的设置原因是由于筒体结构的双向楼板在竖向荷载的作用下,四周外角要上翘,为了防止楼板裂缝的产生,所以规范提出应该加强构造。
4 加强框架 - 核心筒结构的抗震措施
(1)筒体角部不宜开洞,不可避免时,筒角内壁至洞中距离≥500 mm 和墙厚度。
(2)角柱截面尺寸的变化与核心筒墙厚的变化错开。
(3)核心筒外缘楼板不宜开大洞口。
(4)核心筒内部楼板,厚度≥120 mm,双层双向配筋。
(5)楼面梁不宜支承在核心筒外围连梁上。
(6)筒体结构的楼盖外角宜设置双层双向钢筋。
[参 考 文 献]
[1]JGJ3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[2]GB50011-2010,建筑抗震设计规范[S].
[3]GB50011-2010,混凝土结构设计规范[S].
1、工程概况某高层建筑采用钢结构施工技术进行施工,地上26层,地下1层,总施工面积为62011m2,分别由连廊、配楼、塔楼三个部分构成,工程施工任务重,外轮廓使用折线柱构成了双曲面,增加了测量工作的难度,使用Q345GJC材料,板厚为100mm,增加了焊接工作的...
对于现代城市建设来说,其发展进程较快,在一定程度上来说,缓解了我国人口巨大带来的压力,因此,可以说:快速的城市建设能够为我国人民的和谐带来积极效益。从另一角度来看,由于城市建设的速度发展过快,在一定限度上,城市建设的各项技能发展没有充足的...
高层建筑的主体结构内,存在交叉作业、隐蔽项目等多种内容,促使主体结构工程的施工技术处于复杂、繁琐的状态,很容易引起质量缺陷或安全风险。因为高层建筑非常重视主体结构的施工效益,所以应该主动规范施工技术的应用,缓解主体结构的施工压力,完善主体...
我国市场开发程度的不断加深,经济也迅速发展,建筑领域也迎来的前所未有的时期,建筑设计水平为了与新时期的各种要求相适应,也必要不断提高,在建筑物形式多样化,功能多元化的要求下,建筑框架结构设计越发收到人们的重视,为了更好的保障建筑物的整体性...
21世纪以来, 我国的建筑行业搭着经济迅速发展的"顺风车", 高层建筑占地小的特点, 在寸土寸金的大城市中尤为重要, 导致成千上万的建筑成品蜂拥般出现。...
1引言在现行普遍应用的PKPM结构计算软件中,位移比、周期比作为SATWE的重要计算参数指标,在实际工程中也是比较难调的,为此我们应弄清其本质。高规3.7条,抗规5.5条中均对位移比做出的要求,周期比只在高规3.4.5条中做出了规定,对于多层结...
防屈曲支撑正在被越来越广泛地应用于我国既有建筑结构的抗震加固和新建建筑的地震防御。与日本、美国等抗震先进国家相比,我国在将防屈曲支撑应用于钢筋混凝土结构方面进行了更多的工程尝试。然而,由于混凝土构件具有局部抗拉性能差的特点,在将钢制防屈曲...
随着城镇化事业的发展,土地成为一种较为稀缺的资源,高层建筑成为解决空间利用不足的重要法宝。框剪结构是高层建筑设计的常用形式,框剪结构在整体设计上较为灵活,具有极强的自由度,抗剪能力也有了很大的提升,有效提高抗横向弯矩的能力。...
我国建筑工程行业发展比较快,高层建筑发展的速度也加快了,要求高层建筑抗震程度也更高,框架剪力墙结构能够将二者的优点综合起来,在建筑行业中已经广泛应用。...
针对建筑工程框架结构工程技术的阐述,本文主要从三个方面进行分析和讨论。第一个方面是框架结构工程技术中的钢筋工程;第二个方面是框架结构工程技术中的模板施工;第三个方面是框架结构工程技术中的混凝土工程。通过这三个方面的介绍,可以很清晰的描述出...