一种密肋楼盖框架-核心筒结构型式及应用

陈有德

（广东省建筑设计研究院 广州 510010）

1 工程概况

某项目位于广东省佛山市顺德区新城创智城片区，用地面积为13 393.61 m2，总建筑面积为88 140 m2，其中地上建筑面积为63 843.31 m2，地下建筑面积为24 648.1 m2。本项目设2 层地下室，为机动车库及设备用房（部分为人防地下室），地下室底板面标高为-8.8 m；地面以上38 层，上部由裙房以及塔楼（商业裙房总高度10.8 m，塔楼总高度148.2 m）组成，其中首层～3 层为商业用建筑，14 层、24 层为避难层，其余各层均作办公用途，涵盖商业、办公、公寓多种功能。地面以上结构屋面高度为148.20 m，最大高宽比为4.57。采用混凝土柱框架-核心筒结构体系，相关建筑图如图1、图2所示。

2 设计参数

本工程的设计基准期为50年，结构的设计使用年限为50年。本工程建筑结构安全等级为二级，建筑结构耐火等级为一级；地基基础的设计等级为甲级。人防抗力等级为核（常）六级。为B 级高度高层建筑，地上抗震等级为一级，本工程所在场地抗震设防烈度为7 度，Ⅲ类场地，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.10 g，场地特征周期0.45 s，50年重现期基本风压W0=0.5 kPa，地面粗糙度为C 类，风荷载体型系数1.4，承载力设计时按1.1 倍考虑风荷载［1］。

图1 建筑立面Fig.1 Typical Architectural Plan

图2 标准层建筑平面Fig.2 Standard Floor Plan

3 项目特点与设计要求

本项目塔楼为办公建筑，层高为3.8 m，原设计采用梁板式结构，主梁高度为700 mm，考虑吊顶及架空地台等，净高只有2.7～2.8 m，对于办公室净高相对偏低，塔楼净高需重新优化设计，结构梁高需改小，但基础已施工，所以本工程优化设计存在以下设计难点：

⑴塔楼层高3.8 m，结构主梁高度为700 mm，考虑设备走管等要求后，净高只有2.7～2.8 m，不能满足业主使用要求。

⑵外跨楼板跨度L=10.8 m，结构合理梁高为L/18=600 mm，考虑超高层地震或风荷载作用较大，原设计梁高700 mm 可压缩空间较小。

⑶基础已施工，上部结构修改，不能进行补桩处理，需减小结构重量的增加对基础的影响。

4 优化设计思路

由于本项目外部框架柱与核心筒净跨大于10 m，普通梁板结构楼盖很难减小梁高，经多方考虑，采用密肋楼盖结构［2］，取消楼面梁以满足业主对大空间及灵活隔墙布置的要求。新结构方案布置如图3所示。平面布置核心筒局域与原设计一致，南北两侧改用480 mm 高密肋楼盖，该结构布置的主要特点如下：

⑴在Y 向框架柱与核心筒之间设置700 mm×480 mm 的暗梁，保留外围四周的框架梁，并对左右两侧Y 向主梁加宽至700 mm×900 mm，弥补密肋楼盖结构抗扭刚度的下降，在核心筒走廊处，Y 向暗梁采用加腋设计，加腋高度为700 mm 与原设计相同，用以弥补Y 向结构刚度的下降对抗侧刚度的影响。

⑵由于密肋楼盖整体混凝土用量较普通梁板结构大，原设计底部框架柱和剪力墙轴压比将不满足规范限值要求，故本设计将原底部的十字型钢柱改为内置钢管叠合柱，钢管直径为700 mm，利用钢管的套箍作用提高框架承载力［3］，同时型钢用量相对原设计降低30%；对于核心筒底部剪力墙，优化上部X 向墙厚，由原来的400 mm 改为300 mm，提高底部剪力墙混凝土等级至C60（见图4）。

图3 标准层结构布置Fig.3 Layout of Standard Floor Structure

图4 优化前和优化后型钢柱大样Fig.4 Pre-optimization and Post-optimization Profile of Steel Columns

⑶由于一般密肋楼盖肋板厚度为100 mm，考虑塔楼主要用途为常规办公，楼面荷载较小，且肋板跨度为1 m，故本设计肋板采用80 mm，保证密肋肋间的协同性［4］，同时减少楼面混凝土用量和自重，减少地震剪力［5］，有利于结构抗震（见图5）。

图5 密肋板剖面Fig.5 Multi-ribbed Plate Profile

5 结构指标对比及构件设计

5.1 塔楼抗震指标分析对比

本工程采用YJK 对两种结构布置的整体计算Y向指标进行对比，具体计算结果如表1所示，由表1可以看出：塔楼采用密肋楼盖后，整体抗侧刚度有所降低，核心筒与外框架空间作用减少［6］，Y 向层间位移角增加至1/955，但依然满足规范限值要求；由于结构刚度下降，结构基底剪力与基底弯矩均相对梁板方案有所变小，Y 向刚重比小于2.7，需要按文献［1］要求，考虑重力二阶效应的影响。

表1 整体抗震指标对比Tab.1 Comparison of Overall Seismic Indexes

5.2 构件设计

密肋楼盖的有限元弯矩计算结果如图6、图7所示，由图中可以看出：核心筒和框架柱都存在面弯矩，且剪力墙位置弯矩数值较大，故对核心筒和框架柱处均设计柱帽［7］，加强核心筒出面钢筋，拉通φ6@200 板钢筋，另加φ12@200 面筋。对于框架暗梁两侧次肋梁，受弯受剪作用明显，按框架梁构造设计［8］，抗震等级同塔楼；外边梁由于密肋板的面弯矩作用，存在较大的扭矩，截面宽度设计为500 mm×900 mm，抗扭纵筋设置为 6 条φ20，箍筋采用φ12@100/200；对 4 个角柱位置，按文献［1］第 9.1.4 条要求，另加φ8@200 钢筋，增加角部抗扭能力，核心筒内楼板设计为150 mm 厚，双层双向拉通φ10@200。

图6 Y 向密肋楼盖底部弯矩Fig.6 Bending Moment at the Bottom of Y-direction Multi-ribbed Floor

图7 Y 向密肋楼盖顶部弯矩Fig.7 Top Bending Moment of Y-direction Multi-ribbed Floor

5.3 楼板舒适度验算

采用YJK 楼板舒适度设计模块，对本项目标准层密肋楼盖进行舒适度验算，结果如图8所示，楼盖第一自振频率为8.3 Hz，满足文献［1］第3.7.7 条不小于3 Hz 的要求，证明楼板刚度满足要求（见表2）。

6 结论

由于建筑层高限值及楼板跨度大等原因，本项目塔楼采用了密肋楼盖大板结构形式，主楼办公区位置主框架梁设计为暗框梁，梁高480 mm。在保证结构刚度满足规范要求的条件下，核心筒四周走廊位置，暗梁做了加腋处理，为了改善密肋楼盖混凝土用量大的缺点，肋梁之间的隔板采用80 mm 厚；采用了内置钢管的叠合柱，以提高底部框架的竖向承载力。密肋板与核心筒和框架柱连接位置设置柱帽，同时暗框梁两侧次肋梁按框架柱构造，提高楼板的抗震变形能力，加强楼板的整体连接作用，确保结构受力可靠，建筑空间高效利用，能够取得较大的使用效果，可为类似项目设计提供参考。

图8 楼盖舒适度第一阶振型Fig.8 First-order Mode Shapes of Floor Comfort

表2 楼板的特征值分析结果Tab.2 Analysis Results of Eigenvalues of Floor Slabs