某高层框架—核心筒结构的优化设计

贾 绍 雷

(深圳市国腾建筑设计咨询有限公司上海分公司，上海 200336)

某高层框架—核心筒结构的优化设计

贾 绍 雷

(深圳市国腾建筑设计咨询有限公司上海分公司，上海 200336)

采用盈建科建筑结构设计软件，对处于总体设计阶段的某框架—核心筒结构进行了计算分析，通过对计算结果的判别，确定了结构优化方向，得到了最优的结构布置方案，在保证结构安全的基础上，实现了对项目主体结构的成本管控工作。

高层建筑，框架—核心筒结构，结构优化，成本管控

0 引言

近年来，随着城市用地紧张，地产开发企业拿地成本日益提升，因而地产开发企业对项目开发成本管控工作越来越严格。建筑主体结构成本作为土建成本管控的重要内容也更加受到重视。以上海市某高层办公楼的结构优化设计为例，从成本控制结合结构安全、美观的角度研究了高层建筑的主体结构的最优方案，并最终实现项目主体结构成本的节约。

1 项目概况

本工程位于上海市黄浦区，总高91.6 m，地下3层，地上19层，标准层层高4.5 m，地上建筑面积为31 800 m2，主要功能为办公，采用了框架—核心筒结构体系。项目设计单位为华东建筑设计研究总院，处于总体设计阶段，受业主委托，我司对该项目进行了结构优化设计。结构设计使用年限为50年，结构重要性系数1.0。抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组；场地类别为Ⅳ类，特征周期为0.9 s[1]，结构阻尼比取0.05，结构周期折减系数为0.8。基本风压为0.55 kPa,地面粗糙度为C类，风载体型系数取1.3。地下室顶板作为上部结构的嵌固端。塔楼高度超过80 m，框架及核心筒抗震等级[2]均为二级。

2 项目优化难点

1)受建筑造型影响，水平及竖向的柱不完全在同一直线上，呈不规则排布，造成外框刚度分布不均匀，位移比易超出1.2[3]，如图1所示；2)在建筑17层楼面标高有5根斜柱，用以转换18层内收的框架柱；3)地下室顶板局部开洞，在首层形成2根跃层柱，跃层柱高度在14 m，需适当提高跃层柱的抗震性能。

3 结构优化计算

常规的框架—核心筒结构体系较为成熟，外框架和核心筒材料均采用混凝土比较经济。在了解了项目的优化难点，结合现有建筑平面图及结构布置形式，对框架柱截面，框架梁截面，核心筒墙厚等分别进行了调整试算。

3.1 框架柱

塔楼首层为大堂，层高10 m，对两根跃层框架柱，按照中震弹性的性能要求进行了复核，现有截面尺寸满足要求；结构首层刚度较弱，按文献[2]中的3.5.2条判别:

(1)

首层与2层刚度比接近1，即首层接近薄弱层，综合上述计算结果，不考虑对首层的水平及竖向构件进行调整。该框架—核心筒结构按文献[2]的8.1.4条对框架柱进行了剪力调整。

Vf≥0.2V0

(2)

计算结果显示，第11层～19层框架柱0.2V0调整系数在1.14～2.30之间，因而不对框架柱截面优化。

3.2 框架梁

外框架梁截面及内框架梁截面尺寸均较大，框架梁截面由整体刚度决定，配筋率较低，减小框架梁截面将适当降低整体刚度，梁的配筋率向经济配筋率靠近。2层以上外框架梁宽均为600 mm，框架柱截面在标高50.95 m以上为800 mm×800 mm，700 mm×700 mm,在该标高以上角部节点处框架梁钢筋较难完整锚入框架柱内，如图2 所示。因而将梁宽变窄对于保证强节点,实现刚接有较为重要意义。对外框梁及内框梁截面尺寸均进行了优化。

3.3 墙肢

计算结果表明，墙肢在底部加强区以上均为构造配筋，在保证整体刚度的基础上对地上2层～10层的W3墙肢厚度进行了优化，优化后的墙肢配筋仍旧保持为构造，在减薄墙厚的同时减少了墙肢配筋。

4 优化结果对比

通过对上述水平及竖向构件的优化计算，最终确定了结构的整体指标，并得到了最终的构件尺寸，即最优尺寸。框架梁的配筋率在更经济的范围内，墙肢仍旧保持为构造配筋，与设计单位沟通后最终落实到施工图纸中。结构优化前和优化后的整体指标如表1所示，优化前和优化后的水平及竖向构件尺寸如表2所示。

表1 塔楼整体指标优化前后对比表

从表1可以看出，优化后结构的塔楼整体各项指标仍旧满足规范要求，其中变化较大的为结构第一平动周期方向由以Y向平动为主转变为以X向平动为主，结构扭转位移比减少。

表2 优化前后截面尺寸对比表

从表2可以看出，框架梁截面的优化率在20%～25%，竖向墙肢W3的优化率在10%。在有效减少混凝土材料用量的同时，钢筋用量也进一步降低，从而实现对结构成本的管控工作。

外框梁截面的宽度变窄，有利于斜向连接的框架梁钢筋达到锚固长度要求，锚固效果更加良好,实现节点刚接。

W3墙肢厚度总计减薄10 cm，在节省材料的同时，将增加办公使用空间。

5 结语

通过对现有结构模型计算分析，明确了框架梁及墙肢为优化对象，在满足规范要求的情况下实现了对结构布置的优化，达到了在设计阶段对结构成本管控的效果。目前该项目施工图审图已经通过，开始主体结构施工。

[1] DG J08—9—2013，建筑抗震设计规程[S].

[2] JGJ 3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

The optimization design of a high-rise frame-core tube structure

Jia Shaolei

(ShanghaiBranch,ShenzhenGuotengArchitecturalDesignConsultingLimitedCompany,Shanghai200336,China)

Using the Yingjianke building structure design software, this paper calculated and analyzed a frame-core tube structure in overall design stage, through the discrimination on calculation of structure, determination the structure optimization direction, obtained the optimization structure layout scheme, based on ensuring the structure safety, realized the cost control work to project main structure.

high-rise building, frame-core tube structure, structure optimization, cost control

1009-6825(2017)01-0072-02

2016-10-26

贾绍雷(1983- )，男，硕士，工程师

TU973

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