高層框架-核心筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析

高層框架-核心筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析

1.核心筒式組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自21世紀(jì)以來，中國的經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展非常迅速，城市化建設(shè)進(jìn)程也在加快。在當(dāng)前的城市建筑中，高層建筑已經(jīng)成為最主要的建筑形式，人們對高層建筑物的需求也越來越大，在這樣的發(fā)展背景下，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也呈現(xiàn)出多樣化、復(fù)雜性的特征。核心筒的抗側(cè)剛度非常強(qiáng)，要明顯高于其他的剛度。所以，這兩種結(jié)構(gòu)在結(jié)合使用的過程中可以為高層建筑物提供更大的抗側(cè)力，同時框架結(jié)構(gòu)還能夠?yàn)楦邔咏ㄖ锾峁┹^大的空間優(yōu)勢。因此，在目前的高層建筑物設(shè)計(jì)過程中，框架—核心筒結(jié)構(gòu)的整體應(yīng)用性能較好，而且剛度大、抗震性能良好，是當(dāng)前高層設(shè)計(jì)中比較理想的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之一，在目前的高層建筑物設(shè)計(jì)中有著非常廣泛的應(yīng)用，下文將圍繞這一結(jié)構(gòu)內(nèi)容展開研究與分析2.高層建筑物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在高層框架—核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，筒體的設(shè)計(jì)是非常重要的一個部分，筒體的內(nèi)部設(shè)計(jì)非常復(fù)雜而且比較細(xì)致。筒體的內(nèi)部分為各種均勻的層次，每一個層次都有著自己獨(dú)特的功能，那么在設(shè)計(jì)的過程中就應(yīng)當(dāng)保證筒體內(nèi)部各層樓板之間的水平剛度能夠達(dá)到相應(yīng)的要求。但是在高層建筑實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，筒體內(nèi)部往往會存在著大量的電梯井、通風(fēng)井等，這些結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在很大程度上削弱了樓板的水平剛度，對整體結(jié)構(gòu)起到了非常不穩(wěn)定的影響。所以，在設(shè)計(jì)的過程中，為了保證整個樓梯剛度能夠達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)當(dāng)按照我國目前《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/50011-2010)中的相關(guān)規(guī)定內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析。該規(guī)范中規(guī)定了“樓板局部不連續(xù)”的限值，也就是說在普通的高層建筑物設(shè)計(jì)過程中，尤其是在實(shí)際的施工過程中，各方面的數(shù)據(jù)要求達(dá)不到這樣的標(biāo)準(zhǔn)，那么就應(yīng)當(dāng)按照四周有剪力墻和連梁圍合的電梯間、樓梯間、通風(fēng)井等內(nèi)容進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，可以不按照水平開洞處理的原則進(jìn)行。例如，可以在具體設(shè)計(jì)的過程中增加剪力墻和連梁的數(shù)量從而有效地減少開洞的效應(yīng)，而且在設(shè)計(jì)的過程中，樓梯間在地震發(fā)生的過程中是可以起到“安全島”的作用的，所以若發(fā)生劇烈的地震建筑結(jié)構(gòu)中的筒體是作為第一道防線而最先被破壞的，從這個角度來考慮，高層建筑物中的樓梯四周也應(yīng)當(dāng)布置一定數(shù)量的剪力墻和連梁，使得兩者形成圍合的情況，從而保證樓梯的整體安全性。此外，在設(shè)計(jì)的過程中筒體的內(nèi)墻最好是與外墻進(jìn)行“T”或者“L”型連接，這種連接方式可以形成相互支撐的格局，從而提高高層建筑物筒體的抗側(cè)剛度3.高層辦公結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)在該部分的分析中，選取某高層辦公樓結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)為例進(jìn)行分析，該高層辦公樓地上有24層，地下1層，其結(jié)構(gòu)的高度為84m，抗震性能的設(shè)計(jì)為7度，該建筑物的建筑場地類別為建筑行業(yè)中的III類，其地震設(shè)計(jì)為第一組，標(biāo)準(zhǔn)層的結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。3.1調(diào)整抗扭剛度以及剛度(1)從上述的高層建筑辦公樓的標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)布置圖的內(nèi)容來看，如果對其框架-核心筒設(shè)計(jì)中調(diào)整其外圍框架的截面，那么對抗扭的剛度以及結(jié)構(gòu)抗側(cè)的剛度影響相對較小，從力學(xué)計(jì)算的角度來看，抗扭剛度和抗側(cè)剛度的變化幅度是呈現(xiàn)出一定的特點(diǎn)，抗側(cè)的剛度一般要小于抗扭的剛度，且其周期性的變化幅度也是平動小于扭轉(zhuǎn)周期的。相反，如果對其內(nèi)部框架界面進(jìn)行調(diào)整的話，那么對于抗扭的剛度以及結(jié)構(gòu)抗側(cè)的剛度影響也是相對較小的，但是在變化幅度上與外部調(diào)整恰恰相反，抗側(cè)的剛度一般要大于抗扭的剛度，且其周期性的變化幅度也是平動大于扭轉(zhuǎn)周期的(2)如果筒體結(jié)構(gòu)的外墻設(shè)計(jì)外圍比較長，那么在進(jìn)行調(diào)整的過程中對抗側(cè)剛度和抗扭的剛度影響都是比較大的，但是抗側(cè)剛度、平動以及扭轉(zhuǎn)周期的變化卻是呈現(xiàn)出不規(guī)則的變化情況，具體數(shù)值應(yīng)當(dāng)對相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行測算才可以得知。筒體內(nèi)墻一般來說相對比較薄，而且會有很多個洞口，所以在對這方面結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整的過程中，對抗側(cè)剛度以及抗扭剛度的影響并不是很大，其變化幅度一般來說是抗側(cè)剛度大于抗扭剛度，其周期的變化也是平動大于扭轉(zhuǎn)周期。(3)在該結(jié)構(gòu)調(diào)整的過程中，如果該建筑物的周期比不夠的話，所遵循的調(diào)整原則是加強(qiáng)筒體的外墻部分，并且需要對外墻的剛度以及外圍框架的剛度加強(qiáng)，或者對筒體內(nèi)墻和內(nèi)部框架的剛度進(jìn)行一定程度的削弱，從而起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的效果，當(dāng)然在現(xiàn)實(shí)的條件下，這兩種方法也可以同時使用。3.2第二周期一周期調(diào)整為第二周期，這一周期長期給力在當(dāng)前的高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，第二周期為扭轉(zhuǎn)周期在框架—核心筒結(jié)構(gòu)模型調(diào)整中是經(jīng)常出現(xiàn)的，圖1中所展示的標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)布置圖也具有這樣的特點(diǎn)。在該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，第一和第三周期為平動周期，若第二周期為扭動周期時，那就說明該結(jié)構(gòu)的抗扭剛度相比第二平動周期轉(zhuǎn)角方向的抗側(cè)剛度來說是相對較小的，那么在調(diào)整的過程中就應(yīng)該將第二和第三周期分別調(diào)整為平動和扭轉(zhuǎn)周期。如果在實(shí)際操作的過程中按照這個思路進(jìn)行操作，可以發(fā)現(xiàn)這個思路在很多工程中難以實(shí)現(xiàn)應(yīng)有的效果，例如以圖1所示的工程來說，如果在初期模型中將第二周期調(diào)整成為扭轉(zhuǎn)周期，第三周期為Y向的平動周期，在充分地滿足位移角的前提之下，按照減少Y向抗側(cè)剛度的思路來反復(fù)地調(diào)整后發(fā)現(xiàn)第二周期仍然為扭轉(zhuǎn)周期。造成這樣的結(jié)果原因?yàn)椋篩向的筒體外墻長度是相對較長的，那么在調(diào)整的過程中對Y向抗側(cè)剛度和抗扭剛度的影響效果是十分明顯的，但是Y向筒體的外墻比較靠近樓的中側(cè)部分，距離建筑物的外側(cè)部分是相對較遠(yuǎn)的，那么在調(diào)整的過程中對Y向抗側(cè)剛度以及抗扭剛度的平均影響效果是十分明顯的，通過上文的闡述知道，在這種情況下，抗扭剛度影響比Y向抗側(cè)剛度的影響要小得多，所以在減少Y向筒體的外墻強(qiáng)度時，Y向抗側(cè)剛度減少幅度大于抗扭的剛度，使得Y向平動周期增加幅度大于扭動的周期，那么在這種情況下就難以將Y向的周期調(diào)整為第二周期。而在圖1的平面圖中，X方向的筒體外墻距離建筑物外側(cè)的距離相對來說比較近，那么就可以適當(dāng)?shù)丶訌?qiáng)X方向筒體外墻的剛度，期望抗扭剛度的增大幅度大于X和Y方向抗側(cè)剛度的增大幅度，從而使得扭轉(zhuǎn)周期減小幅度大于兩個平動周期的減小幅度，這樣的話就按照以往的思路調(diào)整成了與高層建筑相適應(yīng)的周期，提高了建筑的穩(wěn)定性與安全性。3.3核心筒剛度的調(diào)整異形框架—核心筒結(jié)構(gòu)在目前的高層建筑物內(nèi)部設(shè)計(jì)中也有大量的應(yīng)用，所以在調(diào)整的過程中以力學(xué)受力的思路來對核心筒的受力情況進(jìn)行調(diào)整與分解，將其分解成為第一和第二平動周期轉(zhuǎn)角方向的剛度，然后按照實(shí)際工程的特點(diǎn)來對剛度進(jìn)行有效地分配，最后按照上述第二點(diǎn)的計(jì)算方式反復(fù)地計(jì)算來實(shí)現(xiàn)有效地調(diào)整。4.結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度問題高層建筑物設(shè)計(jì)已經(jīng)成為當(dāng)前城市建設(shè)過程中的主流化設(shè)計(jì)，框架—核心筒的應(yīng)用也越來越廣泛，在設(shè)計(jì)的過程中需要嚴(yán)格地按照行業(yè)內(nèi)的操作規(guī)范來進(jìn)行，使得筒體內(nèi)部的樓板以及外墻的布置與水平的剛度相互契合，確保在地震的情況下，樓梯間能夠起到良好的安全島功效。在應(yīng)用中，框架—核心筒結(jié)構(gòu)在外部震動