框架—核心筒结构在工程中的应用

赵 斌

(大同市二院建筑设计研究有限责任公司，山西大同 037000)

0 引言

筒体结构，属于高层建筑结构，一般包括框筒、框架—核心筒、筒中筒结构等。框架核心筒外围是由梁柱构成的框架受力体系，而中间是筒体(比如电梯井)，因为筒体在中间，所以称为核心筒。框筒结构体系是在建筑结构物四周布置框架柱与框架梁，框架柱间距较小、框架梁截面高度较高结构形式;筒中筒结构由框筒作为外筒，钢筋混凝土剪力墙设置在内部;框筒结构与筒中筒结构抗扭转刚度较大，由于柱距较小使得通风效果较框架—核心筒弱。目前国内建筑结构高度超过100 m以上的高层大多数采用筒体结构。

框架—核心筒四周边布置柱框架，一般柱距较大(外部框架柱到内部剪力墙的距离为10 m左右)，在结构内部布置钢筋混凝土剪力墙，形成框架—核心筒。该体系空间效果好、布置满足需要、采光与通风效果较好，广泛应用于甲级写字楼、高档酒店。20世纪90年代以来，该体系在深圳、上海、北京、广州得到快速发展，随后其他城市也陆续建设。

1 工程概况

某办公写字楼位于城市市区中心，地下2层，地下2层与地下1层层高依次为4.5 m和4.5 m;地面以上建筑楼层为23层，首层建筑层高为5.4m;2层～6层建筑层高为4.8m，该5层为五星级商务酒店;其他层为办公层，层高度为3.9 m，结构总高度94.8 m，总建筑面积 32 215 m2。

本地区属于7度抗震设防烈度区，设计基本地震加速度值为0.15g，地震分组为第二组，当地基本风压为0.55 kPa(对风荷载属于敏感，在计算强度时应将基本风压值放大1.1倍)。建筑物为矩形截面，属于丙类抗震设防类别，场地类别一类，设计基准期50，结构安全等级二级，地基基础设计等级为甲级，由《抗规》或《高规》确定:核心筒和外框架抗震等级均为二级。

外框架平面轮廓线尺寸为36.6m×33.2m，长宽比1.1;混凝土核心筒外墙中心线尺寸X方向17.2 m，Y方向15 m。本结构高宽比为2.86，《高层混凝土技术规程》规定钢筋混凝土框架—核心筒适用的最大高宽比为7，高宽比对结构刚度、整体稳定性、抗倾覆能力、承载力和经济效果起宏观控制，本结构核心筒宽高比值为0.158(满足规定要求)。

2 结构计算结果分析与比较

2.1 结构布置方案图

结构标准层方案见图1。

2.2 墙柱构件截面尺寸大小、混凝土标号材料信息

图1 结构标准层方案

地下室2层～地上4层:墙体厚度400、柱1 100×1 100，墙、柱混凝土等级C55，梁、板C45;地上5层～9层:墙体厚度350、柱1 000×1 000，墙、柱混凝土等级 C50，梁、板 C40;10层 ～14层:墙体厚度 300、柱 900×900，墙、柱混凝土等级 C45，梁、板 C35;15层～19层:墙体厚度250、柱800×800，墙、柱混凝土等级C40，梁、板C30;20层～23层:墙体厚度200、柱700×700，墙、柱混凝土等级 C35，梁、板 C25。

2.3 各个指标计算结果信息

2.3.1 框架部分分配的地震倾覆力矩

X方向框架部分分配的地震倾覆力矩为21.1%，Y方向框架部分分配的地震倾覆力矩25.7%，满足框架—核心筒的各个抗侧力构件分担的弯矩比例要求。如果框架承担低于20%，在满足其他的条件下，适当加强框架柱的刚度或降低核心筒的刚度，从而使各个抗侧力单元强度和刚度比例分配恰当，有利于建筑结构抗震抗风。

2.3.2 框架部分分配的楼层地震剪力最大值

X方向框架部分分配的楼层地震剪力最大值19.5%，Y方向框架部分分配的楼层地震剪力最大值23.2%，两个方向的剪力比例差异性主要由于X方向剪力墙刚度较大，导致X方向框架柱按照刚度大小进行分配剪力值会有所下降。根据工程经验，以及结合地震倾覆力矩分配结果，一般在实际工程中，合理的数据在20%～30%左右比较理想，为此在满足其他指标的情况下，将X向的剪力墙上进行结构洞口(500×500)的处理，经过处理X，Y分别占有的比例为20.4%与23.5%。

2.3.3 平动系数与周期比

周期比是用来衡量结构平面扭转是否规则。结构扭转对应的周期与结构平动对应的周期之比，规范规定A级高度钢筋混凝土高层结构不应大于0.9，超过该值等同于位移比大于1.5，属于严重扭转不规则结构;初步计算结果平动系数第一振型0.87(Y方向平动)、第二振型0.65(X方向平动)、第三振型0.87(该振型下结构为扭转)。在实际工程中，高层建筑结构第一、二振型下，结构的平动系数不宜小于0.8，尽可能使其接近于1。经过调整四周框架柱截面以及适当减小剪力墙刚度，最后该结构第一、二振型下，结构的平动系数分别为0.92，0.90;前三个周期依次为3.1 s，2.99 s，2.72 s，扭转为主的第一周期 2.72 与平动为主的第一周期 3.1 比值为 0.877，满足不应大于 0.9。

2.3.4 最大层间位移角、最大层间位移比

最大层间位移角X和Y方向分别是1/1 158，1/920满足规范允许值;最大层间位移比X和Y方向分别是1.25，1.24，属于一般扭转不规则结构。位移角最大值均发生在第5层，最大层间位移比X方向发生在第6层，Y方向发生在第9层。鉴于各项指标均满足要求，并且符合实际工程的要求，不需要再进行处理。

2.3.5 有关梁的挠度计算分析

由于框架梁(梁截面350×750)的跨度在9 m左右，纵筋配筋率为1.8%，可以满足要求。挠度计算结果为22 mm，尽管未超过规定值，但是为了避免由于挠度过大导致结构在使用中出现问题，将其截面高度调整为350×850，经过计算分析，挠度值降为17 mm。

3 结语

1)钢筋混凝土框架—核心筒体系由于刚度和强度能满足抵抗水平地震和风，经济效果较好，在实际工程中得到了广泛的使用。

2)框架—核心筒结构应适当加厚楼板，尽量不开洞口或少开洞口，保证楼板在自身平面内的刚度;在竖向上要避免或控制结构构件收缩和突出。

3)加大外围框架柱与框架梁的刚度，有助于改善结构整体的抗扭转效果，同时控制好框架柱与剪力墙的剪力分配。