广州市建工设计院有限公司 510030
摘要：随着社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化，我国的建筑行业也在这个过程中得到了很大的发展。为了满足城市可持续发展的要求，高层建筑得以快速发展。由于高层建筑结构与功能较为复杂，给建筑结构设计师带来新的挑战。本文主要结合工程实例分析高层建筑的框架-核心筒结构方案布置进行分析。
关键词：高层建筑；框架-核心筒；结构方案布置；结构设计
1工程概况
某高层建筑工程为大型建筑综合体办公楼，主塔地上34层。首层入口大堂挑空(1～2层)，层高8.2m；2～3层为办公配套的饭堂，酒店餐饮及健身房，层高均为4.85m；4层为配套健身房； 19层为避难层，层高为5.2m，主要功能为避难区和设备用房。其余各层为标准办公楼层，层高4.2m。
地下室:共4层，B1层至B4层的层高分别为5.5，4.2，3.9及3.9m。地下室功能主要为非机动车库、消防控制室、物管用房、社区管理用房、设备用房、酒店后勤用房、汽车库及战时为六级人防设施。
3结构设计
本工程塔楼地上34 层，共有4层地下室；从室外标高(-0.3m) 算起结构高度为149.85m。塔楼结构高宽比约为5.9，核心筒高宽比约为10.5。鉴于建筑功能的需要及框架-核心筒结构能发挥框架和筒体两种结构体系的优点，塔楼采用了钢管混凝土组合柱+混凝土核心筒+混凝土梁+混凝土楼板结构形式，办公楼标准层平面如图1所示。
图1标准层平面
3.1 核心筒
核心筒采用现浇钢筋混凝土材料，混凝土结构具有刚度大，耐火性能好，初始造价和后期维护的费用都较低的特点。八边型的核心筒，钢筋混凝土核心筒外墙从基础筏板顶面伸延至塔楼顶层，底部平面尺寸约为31.5m×31.1m (外墙外壁尺寸)，顶层平面尺寸为29.5m×29.9m，核心筒从下到上内壁尺寸基本保持不变。核心筒贯穿整个结构中部，作为结构主要抗侧力构件。
3.2 外框架
本工程塔楼平面成规则对称多边形，框架柱共16根，。B4～24层框架柱采用内置钢管混凝土组合柱，25层及以上采用钢筋混凝土柱。采用钢筋混凝土梁，标准层外框架梁一般为500mm×1000mm，内框架梁一般为800mm×800mm。
3.3 加强层
分析考虑了加强层设置的必要性，在建筑19层建筑避难层设置环带桁架加强层形式，结果表明，加强层的刚度效应不显著，结构方案为不设置加强层方案。
3.4 楼盖
采用现浇钢筋混凝土楼盖。楼层典型板厚为:一般办公楼层板厚120mm，核心筒区域(现浇钢筋混凝土楼板)为150mm厚，局部特殊部位楼板或异型楼板板厚根据跨度加大；塔楼屋面楼板厚为140mm；地下1层顶板作为塔楼嵌固端，板厚180mm；地下室顶板室内板厚为180mm，室外考虑到绿化、覆土、消防以及跨度等原因，板厚取250mm。楼面梁:采用混凝土梁，办公楼标准层典型楼面梁布置如图1所示。
3.5 地下室
地下室塔楼区域外采用框架结构体系，一般楼层混凝土框架梁高700mm，次梁截面依据建筑使用功能及跨度不同而不同，考虑停车功能，一般地下室楼层混凝土板厚为250mm。考虑防水，需要用抗渗混凝土等级为P10。水浮力大，地下室底板为防水板，厚900mm，采用板分散设置锚杆抗浮，锚杆构造等详相关规范。
3.6 嵌固端
本工程将嵌固部位设在B1层顶板的位置(B1层嵌固)，嵌固范围为B1层塔楼范围外扩3 跨。计算得到剪切刚度及比值如表2所示。
表2 B1与首层抗侧刚度比计算(剪切刚度比)
从表2可以得出，B1层两个方向的剪切刚度与首层比值均＞2.0，满足《高规》嵌固要求。
1)B1顶层采用现浇梁板结构，混凝土强度等级取为C35，地下室一层顶板作为塔楼嵌固端，板厚180mm。
2) 首层板厚为180mm，室外考虑到绿化、覆土、消防及跨度以及防水等原因，板厚取250mm。
3) B1顶板采用双层双向配筋，钢筋在每层每个方向的配筋率≥0.25%。
4)在施工图设计时，B2层柱截面每侧纵筋面积，除应满足计算要求外，不应小于B1层对应柱每侧纵筋面积的1.1倍，位于B1层顶板的梁柱节点左右梁端截面实际受弯承载力之和不小于上柱下端实际受弯承载力。
自下至上，剪力墙和柱尺寸和混凝土强度等级沿高度变化如图2所示。
图2 墙肢截面编号示意
4 整体结构分析
小震下塔楼计算采用YJK作为主要计算分析软件，通过ETABS基于多遇地震下的反应谱方法所计算的结果与SATWE的结果进行比对,并且通过多遇地震作用下弹性时程分析,在小震及风荷载作用下，结构总体性能是满足规范及相关设计要求的，总体结构的竖向刚度、扭转周期，剪重比，刚重比计算指标能控制在合理范围。
5 结语
（1) 结构设计在方案阶段经长期的比较研究，就钢结构体系、混凝土结构体系与业主经过多轮的沟通，获知业主最建造此建筑的目的，更清晰地从方案阶段满足建筑的使用功能。最终选定为混凝土结构体系，经过设计大量的计算分析论证，在本项目塔楼采用了钢管混凝土组合柱+混凝土核心筒+混凝土梁+混凝土楼板结构形式(混凝土结构体系)是可行的。
（2）框架核心筒的高层建筑，在方案阶段应充分地分析考虑到加强层设置的必要性，本塔楼应刚度满足计算要求，设置加强层表明塔楼加强层的刚度效应不明显，结构方案为不设置加强层方案。
（3）小震作用下YJK和ETABS计算结果表明:结构的周期振型、最大层间位移角、位移比、楼层抗剪承载力、刚重比、抗倾覆等指标均满足规范要求，且两种程序计算结果具有较好的相符性。风载下，两个主要方向舒适度验算结果满足相关规范对出办公高层建筑的舒适度要求。
（4）对于高层建筑，在结构方案设计阶段，应充分地考虑结构体系的合理布置，充分论证其高层建筑地震作用力及风荷载作用力的受力分析，进行两个不同结构分析软件整体计算分析对比，充分论证结构方案的可行性。结构布置时做到结构安全实用，济性合理。
参考文献
[1]建筑抗震设计规范: GB50011—2010[S]．北京:中国建筑工业出版社，2010．
[2]建筑结构荷载规范:GB50009—2012[S]．北京:中国建筑工业出版社，2012．
[3]高层建筑混凝土结构技术规程:JGJ3—2010[S]．北京:中国建筑工业出版社，2011．
论文作者:何凌梅
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/25
标签：结构论文; 塔楼论文; 混凝土论文; 刚度论文; 核心论文; 框架论文; 地下室论文; 《基层建设》2018年第6期论文;