摘要：框架-核心筒结构体系在写字楼及办公用建筑中的应用较为广泛，而框架-核心筒结构中，构件的垂直荷载能力与墙柱垂直偏移情况会影响到结构设计的合理性与安全性，因此，本文以吉林省长春市的一幢高层写字楼为例，通过设计方案的比对与计算来分析其优化情况，从而为提升高层建筑钢筋混凝土框架-核心筒结构的安全性与稳定性尽一份绵薄之力。
关键词：框架-核心筒结构；框架梁；框架墙柱
前言
随着近年来我国城市化发展的不断深入，人们对于建筑项目的功能性要求不断提升，也愈发关注建筑的安全与稳定性，这其中，框架-核心筒结构的高层写字楼的主体结构的科学设计也被建筑单位与施工单位所看中。对于框架-核心筒结构体系的优化，能够有效提升框架的荷载能力，从而进一步提升建筑物的使用性能，并有效控制施工成本，保证施工单位的经济效益。
1.工程项目概况
项目位于吉林省长春市，为地上22层高层办公楼，地下车库两层，建筑总高度为83米，抗震设防烈度为7度，该工程项目为Ⅳ类场地，钢筋混凝土框架-核心筒结构体系。该工程项目总建筑面积约42800㎡，其中，地上塔楼总建筑面积在3.9万㎡左右，地下车库总建筑面积约为3000㎡左右，根据国家《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）的相关规定，该工程项目为一般建筑物，安全等级为二级，框架-核心筒结构体系抗震等级为二级（图1）。
2.工程项目框架-核心筒结构体系优化方案
对该工程项目进行框架-核心筒结构体系进行优化，其优化目标在于核心筒结构的规格与尺寸，优化要求为维持原定的建筑面积，保证建筑空间使用的最大化。此外，以调整规格与尺寸为方式，通过一系列的计算与对比，实现工程项目框架-核心筒结构体系的最优，为此，本文以两种原框架-核心筒的结构设计方案分别提出优化方案，在设计方案中，钢筋混凝土强度相等，框架梁柱尺寸相同，荷载能力相同。四个方案中，主要对于剪力墙与柱截面尺寸加以调整，并调整核心筒占标准层建筑面积的比例。
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原设计方案中，刚接与铰接柱脚的轴压比相同，但方案2铰接柱脚的方式更加能够实现在不同的抗压刚度之下力的均衡分布，其框架结构中，柱的垂直荷载较方案1更高。通过计算得知方案2中1-17层的框架柱截面为方案1中的1.1倍有余，18-22层的框架柱截面尺寸相同。
3.工程项目框架-核心筒结构体系优化分析
工程项目中，优化后方案1较之原方案中，框架梁柱连接方式由刚接柱脚转为铰接柱脚，通过计算机软件应用技术计算优化后方案1与原方案的一次性加载对比，墙柱垂直偏移及偏移差值计算，并在荷载恒定的条件下进行墙柱轴向偏移的提取。假定原方案与优化后方案中的楼层荷载与墙面尺寸均相同，框架梁柱以铰接柱脚相互连接，优化后方案1的框架柱截面尺寸小于原方案2，这两方案中框架柱垂直偏移差值较大，约为14%。可以看出，计算后的结果与假设条件相符合。优化后方案1与原方案2的墙柱轴向偏移差值缩小，约为23%[1]。
对比优化后方案2与原方案2，其框架梁柱连接由铰接柱脚转变为刚接柱脚，通过计算机技术进行模拟与计算，并加以对比，并在荷载恒定的条件下进行墙柱轴向偏移的提取。得知优化后方案2中的底柱轴压比约为0.75左右，与原方案1中同楼层的柱轴压比进行比对，大约减少0.1左右，则原方案2中底层柱截面轴压比较小，安全性更高，柱截面的增加也更加符合科学合理的墙柱设计理念。
对于框架梁进行计算，在原方案1与优化后方案2中，框架梁弯矩、建立及配筋可以参考表2，由框架梁内力与配筋的结果进行对比，可知优化后方案2中，其框架梁端部弯矩减小286kN•m（约为17%），剪力减小86kN（约为9%）。框架梁端部内力缩小使框架梁端部负筋配筋量减小了11.6%。
通过对比可以得知，原方案2中所设计的框架柱截面能够明显削弱框架梁端部内力，并减少框架梁端部的负筋配筋量，从而充分提升施工负筋排布效率，便于缩短施工周期，并且提升建筑整体的安全性能。
本次方案优化的结果显示，对墙柱等垂直建筑构件的刚度进行调整并使其均匀分布，对墙柱之间的轴向偏移差值有明显的缩减作用，这对于减小施工成本与工程造价而言具有重要作用。此外，通过缩小核心筒结构中墙体的垂直刚度并提升框架柱垂直刚度、缩小框架梁垂直刚度等方式，能够充分减小框架梁端部的负弯矩，可以看出，在高层框架-核心筒结构体系中，结构的垂直荷载能力是非常重要的，只有对其进行更加科学合理的尺寸调整与优化，才能够进一步提升其建筑安全与稳定性，保障施工单位的经济效益[2]。
结语
相较于框架-核心筒结构中的水平荷载与结构偏移因素，人们往往会忽视在重力影响下的垂直荷载与垂直偏移问题，而事实上，垂直方向的荷载与结构偏移也会严重影响到建筑的整体优化情况。现代化的建筑工程，在追求建筑安全性能之外，还应该不断追求工程项目的经济性与合理性，才能推动施工单位实现长远而可持续的发展。
参考文献
[1]董慧玲,赵云鹏. 框架-核心筒结构的优化分析[J]. 山东工业技术,2016,11:230.
论文作者:孙强
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/11/13
标签：框架论文; 方案论文; 结构论文; 荷载论文; 核心论文; 工程项目论文; 梁柱论文; 《基层建设》2017年第24期论文;