某B级高度高层建筑结构方案探讨

某B级高度高层建筑的结构方案探讨【摘要】：本文针对某B级高度高层建筑工程案例，探讨了在方案阶段的结构方案选型，对比了不同结构方案的试算结果，给出了提高抗侧移刚度的解决方案，并就局部具体问题提出一些讨论。【关键词】：B级高度高层建筑框架—核心筒筒中筒抗侧刚度1.工程概况本工程为某城市综合体的一部分，地下3层，地上30层，总高120m。地下部分为车库、仓储，地上一~四层商业，五~三十层办公。商业部分层高4.5m~6.1m，办公部分标准层层高3.8m，总建筑面积约4.3万m2。抗震设防烈度8度(0.20g)，二类场地，基本风压0.60KN/m2。按建筑总高、相应的抗震设防烈度和可能采取的结构体系，根据《高规》3.3.1条规定，该工程属于B级高度高层建筑。2.结构方案选型根据该项目的概况，可能采用的结构体系有：框架—剪力墙结构、部分框支剪力墙结构、筒体结构。就建筑平面布置而言，竖向交通体系和设备、电井道均位于中心位置，外墙以玻璃幕墙为主，这种平面布置可以优先考虑的是筒体结构体系。筒体结构具有造型美观、受力合理、使用灵活、以及整体性强等优点。目前全世界最高的100幢高层建筑约三分之二以上采用筒体结构，国内百米以上的高层建筑有一半以上采用筒体结构。3.结构试算及对比分析同时进行了框架—核心筒和筒中筒两种结构方案的试算，底层结构平面布置分别如图1、图2所示，分别简称方案一、方案二。核心筒部分结构布置相同，底层核心筒外墙墙厚700mm（以下构件截面单位均为mm），砼强度等级C50，随层数增加，截面和砼强度等级逐渐收小至300和C30，梁、板砼强度等级均为C30。方案一外围采用稀柱框架，底层柱截面1200x1200，砼强度等级C60，随层数增加，柱截面和砼强度等级逐渐收小至600x600和C30，梁截面主要为400x800。方案二外围采用由密柱深梁形成的外框筒，底层角柱截面1200x1200，边柱截面1000x800（800x1000），柱净距在1.9m~3.15m之间，柱截面和砼强度等级向上收小，主要框筒梁截面X向400x1000，Y向450x1200。图1框架—核心筒（方案一）结构平面布置图2筒中筒（方案二）结构平面布置主要试算结果如表3所示。对比这两种结构方案的计算结果可以看出，相对筒中筒结构而言，框架—核心筒结构的自振周期较长，侧移较大，结构抗侧刚度较小，其中最大层间位移角的数值不满足规范限值。方案一周边框架抗倾覆力矩占比不大，核心筒提供主要的抗侧刚度，角柱和边柱轴力差别不大，剪力滞后效应并不明显，其受力特征与框架—剪力墙结构相类似。方案二周边框筒承担了一半左右的抗倾覆力矩，空间效应明显，刚度很大；另外，角柱轴力成倍于边柱，剪力滞后效应明显。两种方案的结构周期比均较小，显示出了筒体结构良好的扭转刚度。表3主要试算结果参数自振周期（s）最大层间位移角最大位移比周边框架（筒）抗倾覆力矩占比剪力滞后效应框架—核心筒（方案一）Y向3.24X向2.55扭转2.14Y向1/664X向1/1022Y向1.14X向1.12Y向23.8%X向14.5%不明显筒中筒（方案二）Y向2.64X向2.03扭转1.57Y向1/1.37X向1/1523Y向1.14X向1.13Y向51.8%X向49.7%明显鉴于方案一最大层间位移角超限，结构体系未能提供足够的抗侧刚度，将只能采取方案二或者对方案一进行进一步处置。由于四层及以下○M轴外接裙房商业，密柱框筒方案一定程度上影响建筑功能的发挥，经与建筑协商，仍然倾向于在方案一的基础上给出解决方案。方案一的主要问题是Y向抗侧刚度不足，主要原因是核心筒Y向宽度偏小，高宽比约为1/13，一般而言框架—核心筒的核心筒高宽比不小于1/12比较合适。综合考虑后，在○3轴和○10轴增设Y向剪力墙，通过较大截面的框架梁连接核心筒协同提供Y向抗侧刚度，平面布置如图4。修改后的方案初步试算得到了较好的结果，最大层间位移角1/865，周期比0.77，底层框架柱抗倾覆力矩占比进一步降低至11%左右，底层框架柱承担剪力百分比降低，需进行0.2V0调整。○3轴和○10轴框架梁承担了较大的剪力，在部分楼层出现抗剪截面超限，需进行进一步调整试算。图44.结构方案局部问题在结构整体计算结果参数满足规范的条件下，下一步工作对结构局部细节还有以下几个问题需要注意。1）、○N轴交○1轴处梁、柱错位受力不利，可以考虑设置矩形柱或框架柱移位对齐。2）、○3轴框架梁支承在核心筒外墙洞口连梁上，应尽量避免。3）、核心筒角部洞口距角部太近，容易形成应力集中。4）、○P轴核心筒外墙连续开洞，出现小墙肢薄弱环节。核心筒的剪力墙布置是筒体结构方案的重要环节，在不影响建筑功能的情况下，应尽量采取受力合理的布置方案。5.结语本工程在试算了不同的结构布置方案的情况下，最终选择了框架—核心筒局部增设剪力墙的方案，该方案满足建筑功能要求，同时主要的整体计算结果参数满足规范要求。在局部问题得到解决调整后，可以进行下一步设计工作。同时，不同的方案算例对比分析，对今后的结构方案布置提供了一定的经验。参考文献：[1]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）.北京：中国建筑工业出版社，2010.[2]全国民用建筑工程设计技术措施2009（结构混凝土结构）.北京：中国计划出版社，2009.[3]方鄂华编著.高层钢筋混凝土结构概念设计.北京：机械工业出版社，2004.[4]程懋堃，张燕平，沈莉.对框架-核心筒结构平面布置的理解和探讨[J].建筑结构.技术通讯，2007(9).