某框架核心筒综合办公楼结构设计

某框架核心筒综合办公楼结构设计

刘敬瑜

刘敬瑜

珠海市建筑设计院广东省珠海市519000

摘要：本文结合笔者从事建筑结构设计的实践经验，通过对珠海中南加华城市广场工程框架--核心筒结构设计实例的分析与总结，简要介绍设计过程中的人防地下室结构设计、荷载效应取值、结构方案比选、特殊部位处理等建筑结构设计要点。

关键词：刚接筒体-稀柱框架结构；高层建筑抗震设计；人防结构设计；结构设计软件

一、工程概况

中南加华城市广场工程位于珠海市金湾区西湖片区山湖海路北侧，金泓路东侧，为金湾区航空城黄金地段。项目总建筑面积43595.12㎡，其中1#办公楼建筑面积24879.67㎡，其中1-2层为综合商业，3-19层为综合办公，2#办公楼及垃圾房建筑面积2291.22㎡，地下车库2层，面积15630.24㎡，其中负二层含三个防护单元共5689.72㎡，防护等级为核六级、常六级。底板面标高-9.20m，室外地面标高-0.3m，裙房屋面标高为10.50m，塔楼屋面标高为78.40m。

裙房长约102m，宽约84m，塔楼与裙房间设2道抗震缝分开3个结构单元。塔楼单元长34m，宽约28m，核心筒宽度8.6，满足筒体总高度的1/12。工程结构安全等级二级，地基基础设计等级乙级，设计使用年限50年，抗震设防烈度7度，抗震设防类别为标准设防类，设计地震分组第二组，设计基本加速度0.10g。地面粗糙度类别B类，基本风压W0=0.85KN/㎡。抗震等级：塔楼采用框架核心筒结构，嵌固端为地下室负一层板面，塔楼框架、剪力墙及相关范围地下室框架抗震等级皆为二级；裙房及地下室采用框架结构，抗震等级为三级。

附图标准层结构平面图及塔楼三维模型图

二、基础及地下室设计：

2.1地质情况：

根据中冶集团武汉勘察研究院有限公司2017年12月提供的《珠海中南加华城市广场工程地质勘察报告》，在勘探孔控制深度范围内，场地地层按成因类型自上而下分为人工填土层、冲填土层、淤泥、淤泥质粘土、粘土、中粗砂、砾质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩等。，场地土类型为软弱土，建筑场地类别为Ⅲ类，拟建场地地下水对砼结构具微腐蚀、对钢筋混凝土结构中的钢筋结构具弱腐蚀。地基砂土无液化、软土无震陷。抗浮设防水位取室外场地完成面标高。

2.2基础及底板设计：

本工程采用桩型为PHC-AB500预应力管桩，持力层为强风化花岗岩层，竖向抗压承载力特征值为2000kN，抗拔承载力特征值为400kN。承台及底板混凝土强度为C35，核心筒下联合承台厚度为2.2m，其余常规承台厚度为1.2m~1.5m。桩承台及防水板采用JCCAD及盈建科计算，防水板厚度650mm，板面钢筋采取通长筋及局部附加通长筋的方式，底筋采取通长筋及承台周边附加钢筋的配筋方式。对比抗浮设防水压力工况与常年水位水压力+人防荷载工况两者内力，最终仍为抗浮设防水压力工况控制。当防水板无法满足抗浮水压力的冲切验算时，采用承台加腋的方式处理。

2.3负一层楼盖及地下室顶板设计：

地下室柱跨为6.0m×8.0m~8.2m×9.0m，综合考虑采用大板结构形式。当建筑与设备专业对层净高有较高要求且有人防及覆土的情况时，采用梁端加腋的结构形式减小跨中高度以满足要求。板厚选取250~300mm，梁截面为300×800mm~400×900mm，梁端竖向加腋尺寸取1000x300。消防车荷载考虑覆土厚度的折减，对于首层中庭及吊挂较密集的区域预留足够的荷载。仓库、冷库、冷冻机房活荷载10kN/㎡，卸货区15～20kN/㎡。

2.4人防区设计：

本工程为地下二层附建全埋式人防地下室，平时使用功能为地下停车库，战时使用功能为二等人员掩蔽部，人防抗力等级为甲类核6级常6级。共设置3个防护单元，12个抗爆单元。人防建筑面积总计5721.41平方米。战时共掩蔽3720人。人防地下室等效静荷载标准值：人防区顶板为55kN/m2，人防区底板为25kN/m2，外墙为50kN/m2。临空墙(kN/m2)：车道、楼梯、竖井处皆为130，相临普通地下室侧为110。临战封堵构件(kN/m2)：室内出入口为140，相临普通地下室侧为110。防护密闭门门框墙(kN/m2)：车道处240，楼梯、竖井处200，相临普通地下室侧为170。战时主要出入口楼梯(kN/m2)：正面荷载60，反面荷载30。结构分析软件为：中国建筑科学研究院PKPM2010；北京理正人防工程结构设计软件4.0PB1；理正工具箱软件7.0。墙体为非对称配筋，并采用附加短筋与通长筋间隔布置的方式，临水面钢筋间距不大于150mm。人防墙体受力钢筋配筋率不小于0.25%。

三、塔楼设计：

3.1结构方案比选

筒体—框架结构体系主要分两类：(1)铰接筒体-稀柱框架结构：楼屋面梁与周边框架及筒体连接为铰接，或厚板无梁结构等。(2)刚接筒体-稀柱框架结构：楼屋面梁与周边框架及筒体连接为刚性连接。根据地震烈度、风压值、及建筑使用要求等综合考虑，采用刚接筒体-稀柱框架结构。

3.1.1空心楼盖结构体系与传统梁板结构体系对比。采用现浇空心楼盖结构体系，通过框架间设置宽扁梁或加腋梁与筒体刚接满足刚度要求。此方案优点在于相对传统梁板体系自重更小，框架柱截面更小，含钢梁也略有减小。但空心楼盖芯模造价较高，而梁加腋也会增加模板量及相关人工费，且施工时需专门论证等工序耗费工期。综合地区工程经验及建设单位意见考虑，仍采用传统混凝土梁板结构体系。对于裙楼部分集中商业的楼层，由于柱截面对建筑使用要求影响较大处，个别采用钢骨混凝土柱。

3.2构件截面及材料选用

裙房部分，大部分框架梁截面300mm×700mm，次梁250mm×550mm；主体核心筒部分，大部分框架梁截面300mm×800mm，次梁250mm×550mm。梁板混凝土强度等级：底板、地下一层板均为C35，其中底板为P8抗渗混凝土、顶板为P6抗渗混凝土；顶板至屋面为C30。核心筒外围墙厚为300mm，内墙厚分别为300mm和200mm。裙房部分框架柱截面600mm×600mm；与核心筒相连框架柱截面900mm×900mm减小至600mm×600mm，其中基础顶面至裙房顶面框架柱内增设型钢。墙、柱混凝土强度等级：纯地下室墙、柱为C35；主楼部分基础顶至4层为C45，4层至7层为C40，7层至10层为C35，10层以上为C30。钢筋材料为HRB400。

3.3结构计算及分析

本工程计算分析采用采用SATWE。自振周期与振型：结构的前3阶周期如下:1、2.4751s，扭转系数0.01；2、2.3007s，扭转系数0.17；3、2.1699s，扭转系数0.82；T3/T1=0.88＜0.9。分析过程振型数为10个，且程序自动考虑2个主轴方向的质量系数均满足90%以上。最小刚度比皆大于1，最小楼层受剪承载力比，X向为0.90，Y向为0.91。最小剪重比：X向为2.25%，Y向为2.57%。最大层间位移角，X向为1/1107，Y向为1/1160。最大位移比：X向为1.26，Y向为1.35。框架柱的倾覆弯矩百分比在31%～42%之间。

3.4关键部位处理及抗震构造措施

1、筒体四角从基础顶面至屋顶均设置约束边缘构件；核心筒外墙连梁设置交叉斜筋。2、中筒内部洞口之间楼板厚度均为150mm、角部楼板板厚120mm，且最小配筋率均取0.25%，双层双向配筋且间距不大于150mm。

四、结语：

对于框架核心筒结构，需认清结构的受力特性，做好核心筒剪力墙、外框架柱的布置方案，实现多道抗震防线的概念，分配好周边框架与核心筒之间的刚度，从整体上保证力流的简洁、顺畅。本文结合某框架核心筒综合办公楼结构设计实例，简述该结构形式设计要点并提出了可行的设计思路。

参考文献

[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中国建筑工业出版社,2010北京出版.

[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中国建筑工业出版社2010北京出版.

[3]朱炳寅.《高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析JGJ3-2010》.中国建筑工业出版社,2013北京出版.

[4]中国建筑设计院有限公司.《结构设计统一技术措施》.中国建筑工业出版社.2018北京出版.