框架核心筒

9.2框架-核心筒结构9.2.1核心筒宜贯通建筑物全高。核心筒的宽度不宜小于筒体总高的1/12，当筒体结构设置角筒、剪力墙或增强结构整体刚度的构件时，核心筒的宽度可适当减小。9.2.2核心筒应具有良好的整体性，并满足下列要求：1、墙肢宜均匀、对称布置；2、筒体角部附近不宜开洞，当不可避免时，筒角内壁至洞口的距离不应小于500mm和开洞墙的截面厚度；3、核心筒外墙的截面厚度不应小于层高的1/20及200mm，对一、二级抗震设计的底部加强部位不宜小于层高的1/16及200mm，不满足时，应按本规程附录D计算墙体稳定，必要时可增设扶壁柱或扶壁墙；在满足承载力要求以及轴压比限值（仅对抗震设计）时，核心筒内墙可适当减薄，但不应小于160mm；4、筒体墙的水平、竖向配筋不应少于两排；5、抗震设计时，核心筒的连梁，宜通过配置交叉暗撑、设水平缝或减小梁截面的高宽比等措施来提高连梁的延性。9.2.3抗震设计时，各层框架柱的地震剪力应参照本规程第8.1.4条的规定予以调整。9.2.4框架-核心筒结构的周边柱间必须设置框架梁。9.2.5核心筒连梁的受剪截面应符合本规程第9.3.6条的要求，其构造设计应符合本规程第9.3.7～9.3.8条的规定。1工程概况湖南某大厦由一栋30层写字楼、2层商业附楼和3层地下室组成，占地面积13800m2，总建筑面积45146m2，屋面结构高度达131.60m。2结构设计总体构思2.1结构类型本工程采用钢筋混凝土框架-核心筒结构，虽然其结构承载能力和抗变形能力比筒中筒结构差，但避免了结构坚向抗侧力构件的转换，满足了建筑立面效果和使用要求。为解决建筑首层层高10.0m、结构高度超限及减小柱截面等问题，下部若干层采用钢管混凝土组合柱，楼盖采用现浇普通钢筋混凝土梁板体系。承载力和水平位移计算时，基本风压均按重现期为100年的0.65kN/m2取值。由于结构侧向位移不满足限值要求，在第30层利用建筑避难层，设置了钢筋混凝土桁架的结构加强层，结构加强层是一把利刃剑，虽然可提高结构抗侧移刚度，也使得结构竖向刚度突变，所以结构加强层及相邻层按《高规》要求进行了加强处理。2.2超限措施本工程结构平面形状规则、刚度和承载力分布均匀，竖向体型也规则和均匀、结构抗侧力构件上下连续贯通（见图示1），除结构高度超过适用限值外，其它指标通过调整后均达到未超限。由于结构设计超限、而且首层层高10.0m，超限应对措施把首层及下部若干层的结构抗侧力构件作为加强的重点：1～15层框架柱采用钢管混凝土组合柱（钢管混凝土叠合柱结构技术规程CECS188：2005）、1～2层核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱、首层抗震等级提高一级。钢管混凝土有着卓越的承载能力和变形能力，但其防腐和防火材料不仅造价较高还有时效性，需考虑今后的维修保养，钢管混凝土叠加合柱及钢管混凝土组合柱可弥补这方面的缺陷。核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱，以解决由于首层层高较大，使得剪力墙端部应力集中的问题，并提高剪力墙的承载能力和抗变形能力。3钢管混凝土组合柱的梁柱节点设计在建筑工程中往往仅在框架柱中采用钢管混凝土，而框架梁则采用普通钢筋混凝土，钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁的连接节点成为工程中难点之一。目前常用的连接点有：钢牛腿法、双梁法、环梁法、钢管开大洞后补强法及纯钢筋混凝土节点法等，本工程采用在钢管上开穿钢筋小孔的连接节点，为连接节点的设计提供多一种选择。3.1钢管开小孔的连接节点构造（见图示2）钢管上开穿钢筋小孔的连接节点做法要点如下：3.1.1钢管开小孔：小孔直径D=钢筋直径+10mm，小孔水平间距×D，小孔垂直间距=2×D。3.1.2钢管水平加强环：梁顶面和梁底面各设置一道，环板宽度：钢管混凝土柱时，取0.10倍钢管直径、钢管混凝土叠合柱时，取65～100mm；环板厚度=0.5t且≥16mm（t为钢管壁厚）。3.1.3钢管竖向短加劲肋：紧贴水平加强环，肋宽=环板宽-15mm，肋厚=环厚，长度为200mm，布置在梁开孔部位的两侧和中间。3.1.4梁钢筋尽量采用直径较大的HRB400级钢筋，以减少钢管开孔数量。在钢管混凝土叠合柱时，部分梁钢筋可以在钢筋混凝土柱区域穿过。3.2钢管开小孔连接节点的优点3.2.1钢管开小孔后对钢管截面削弱不大，梁钢筋穿过小孔后剩余的缝隙很小，钢管对管芯混凝土的约束力基本没减少，不影响钢管混凝土柱的承载能力和变形能力。3.2.2梁钢筋直接穿过钢管后，梁可以可靠的传递内力，梁长范围内的刚度保持不变，结构受力分析与实际相同。（钢牛腿法和钢管开大洞后补强法，在梁端范围内有相当长度的型钢，使得梁刚度急剧变化）。3.2.3在设置水平加强环和竖向短加劲肋补强后，钢管在节点区是连续的，节点的刚性不受影响，满足“强节点弱构件”的要求。3.2.4现场施工较方便，即使圆弧梁钢筋也可顺利穿过。3.2.5节点补强所用材料比钢牛腿法和钢管开大洞法减少很多，造价较低为进行钢管开小孔后分析研究，1996年中国钢结构协会钢-混凝土组合结构协会做了1：5模型的四组共九个试件模型试验，并通过多个工程实践证实该方法的可靠性和可行性。4剪力墙平面外对梁端嵌固作用的分析4.1对于框架-核心筒结构，部分框架梁要支撑在剪力墙平面外方向，剪力墙平面外对梁端嵌固作用空间如何，其研究文献较少，设计标准和规范也没有涉及。影响剪力墙平面外对梁端嵌固作用主要因素：墙平面外对梁端嵌固作用的有效长度、墙线风度与梁线刚度之比和墙在该层的轴压力等等。目前常用的计算分析软件虽然具有墙平面外刚度分析功能，但未考虑墙平面外对梁端嵌固作用的有效长度，当遇到墙肢很长或筒子体墙肢空间风度很大情况时，计算分析软件会高估了墙平面外对梁端的嵌固作用，使得梁端负弯矩计算值要大于实际值，本工程应对措施如下：4.2采用梁端增加水平腋方法，用以直接增加墙平面外对梁端嵌固作用有效长度。4.3采用增加墙边框梁方法（见图示3），用以增加平面外对梁端嵌固的局部刚度。墙边框梁截面宽度应不小于0.4倍梁纵筋锚固长度，墙边框架梁截面高度应大于楼面截面高度，为保证梁端剪力通过墙边框梁均匀传递到墙上，墙边框梁宽出墙厚处用斜角过渡。为保证梁正截面设计更加条例实际受力情况，梁端计算弯矩可以采用“调幅再调幅”方法，即分析计算时设定梁端负弯矩调幅系数后，配筋时再局部手算调幅。“调幅再调幅”时，应考虑构件的刚度、内力重分布的充分性、裂缝的开展及变形满足使用要求。5核心筒外墙的连梁设计核心筒外墙的连梁纵筋计算超筋是非常普遍的情况，《高规》对连梁超筋有专门的处理措施，而且研究文献也不少，但计算模型的选取也是重要因素之一。《高规》规定，跨高比小于5时按连梁考虑，即连梁属于深弯梁和深梁的范畴，其正截面承载力计算时，已不能按杆系考虑，也就是已不符合平截假定，但许多分析软件仍然把连梁按杆系计算，其计算偏差当然是很大了。按“强墙弱梁”和“强剪弱弯”原则进行连梁设计时，虽然《高规》对连梁设计有具体要求，但这个“弱”要到什么程度，还是取决于设计者的理解和经验。本工程核心筒外墙的连梁按《高规》要求进行设计，除连梁均配置了交叉暗撑外，对非底部加强部位剪力墙的边缘构件也进行了加强处理，以满足“多道抗震防线”和“强墙弱梁”的要求。6结语6.1钢管混凝土叠合柱及钢管混凝土组合柱有卓越的承载能力和变形能力，还可弥补钢管混凝土柱的防腐和防火材料造价较高及时效性方面的缺陷。6.2钢管按一定的构造要求开穿钢筋小孔，对钢管截面损伤不大，梁钢筋直接穿过钢管，使得梁内力可以可靠的传递适当设置水平加强环和竖向短加劲肋，钢管混凝土柱的承载能力和变形能力不会降低，节点刚性得以保证。模型试验已经证实该方法的可靠性，工程实践已经证实该方法的可行性。大大节约梁柱节点所用钢材，施工方便。6.3影响剪力墙平面外对染端嵌固作用的主要因素：墙平面外对梁端嵌固作用有效长度、墙线刚度与梁线刚度之比和墙在该层的轴压力等等。为加强墙平面外对梁端嵌固作用，可采取梁端水平加腋法、增加墙边框梁方法，梁端弯矩可采用“调幅再调幅”方法。6.4连梁属于深弯梁和深梁的范畴，正截面承载力计算时，不能按杆系模型计算内筒较小的框架-核心筒结构的抗倒塌性能分析我国现行建筑抗震设计规范（GB50011-2001）规定，钢筋混凝土框架-核心筒结构中核心筒承受的水平地震作用倾覆力矩与总倾覆力矩之比应大50％。但有时由于建筑布局的限制，内筒面积往往达不到该规定的要求，导致其承受的倾覆力矩达不到总倾覆力矩的50％。但对此类结构的线弹性分析结果显示其位移、扭转等控制指标都能满足规范要求。所以，对这类结构在罕遇地震作用下的弹塑性性能进行分析，研究它们的抗倒塌能力，是评价此类结构是否满足使用与安全性要求的重要环节。本文应用有限元法，通过对不同高度、不同倾覆力矩比的框架-核心筒结构的弹性动力分析和静力弹塑性分析，研究了此类结构的弹塑性变形性能、失效模式，并以此评价结构的抗倒塌性能。结果表明：1、随着侧向荷载的增加，结构的塑性铰首先出现在连梁和框架梁上，而后是内筒下部的墙上，最后在薄弱层柱端出现大量的塑性铰后，结构失效倒塌；2、该类结构在七度区的最大适用高度还可以加以细分，芯筒倾覆力矩比大于45％时，房屋最大适用高度为120米，大于40％时，房屋最大适用高度为110米。框架—核心筒结构筒体平面尺寸限值研究高杰【摘要】：钢筋混凝土框架-核心筒结构是目前高层建筑中广泛采用的一种结构形式,而钢筋混凝土核心筒体作为高层以及超高层建筑中主要的抗侧力构件,有着举足轻重的作用。一方面筒体具有较大的抗侧向刚度,地震、风荷载作用时,对结构侧向位移具有很好的控制作用,并且能避免结构在柱上产生塑性铰,形成薄弱层;另一方面,尤其在结构上部楼层部位,筒体与延性框架相互作用,可以起到明显的能量消耗作用。尽管此种结构具有多种优点,但对于钢筋混凝土核心筒体的研究,特别是复杂受力状况下筒体破坏机理、构件强度、刚度和延性的匹配、抗震性能等方面的研究还很不透彻。我国现行《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002(以下简称“高规”),对于不同类型的结构规定了最大适用高度、筒体宽高比等一系列规定,但由于历史性原因其中部分条文是依据经验制定。其中《高规》9.2.1中规定:“核心筒宽度不宜小于筒体高度的1/12”。而基于我国按烈度区分的抗震设防措施,《高规》这种笼统的不区分的做法显然过于粗糙。为此,本文根据烈度差异,对不同筒体宽高比模型进行弹性及非线性动力反应分析,并最终给出按烈度划分的筒体宽高比建议取值。在上述分析研究背景下,本文完成了下列研究工作:①严格按照我国规范要求设计了6度区到8度区随烈度变化的不同筒体宽高比的19个框架-核心筒结构。基于弹性分析理论应用ETABS软件对以上多个模型进行了弹性阶段内力及变形分析。对结构各组成部分的反应状况进行了较细致的分析整理,并按照本文思路对不同烈度不同筒体宽高比取值问题进行深入分析。②对基于弹性分析确定的各比例模型进行多条地震动(5+1、4+1)罕遇地震水准下的拟三维非线性动力反应分析。对各部件变形状况、内力组成以及出铰、耗能等情况进行了识别;与此同时,根据上述结论对结构延性需求进行了评价,并最终确定了对基于弹性分析所确定的框架-核心筒结构大震下变形验算考察了所建议筒体宽高比合理性。通过以上分析验算得出了以下初步结论:①通过对不同烈度算例模型计算分析表明,低烈度区(6度)风荷载作用大于水平地震作用,对结构性能起主要控制作用;7度风荷载与水平地震作用相当,两者双控;8度水平地震作用以增大到6度的数倍,水平地震引起的反应已大幅超越风荷载作用起主要控制作用。②基于弹性分析结果表明:低烈度区(6度)水平荷载较小,相应结构侧向刚度较大,各模型层间位移角均较小,且较规范限值有较大幅度富余,而随筒体平面尺寸减小模型轴压比显著上升,部分构件轴压比已接近或超过规范限值,此时应重点控制轴压比等内力性指标;中等烈度区(7度),层间位移角增加明显,其与轴压比作用均较突出,应对两者同时重点关注;较高烈度区(8度)水平地震作用已大幅增加,位移分析表明,层侧移及层间位移角均已接近或超过规范上限,相比内