對(duì)框架-核心筒結(jié)構(gòu)平面布置的理解和探討

1、對(duì)框架-核心筒結(jié)構(gòu)平面布置的理解和探討程懋堃張燕平沈莉(北京市建筑設(shè)計(jì)研究院北京 100045最近建筑結(jié)構(gòu).技術(shù)通訊上,有一些討論對(duì)框架-核心筒結(jié)構(gòu)平面布置的看法,對(duì)此作者也提出一些自己的看法,在此提出與原文作者及讀者共同商榷。1.原文中指出,為減小框架-核心筒結(jié)構(gòu)的剪力滯后現(xiàn)象,提高結(jié)構(gòu)中間柱子的軸力,建議盡可能在外框架與核心筒間加設(shè)大梁,以增加抗側(cè)剛度,使外柱內(nèi)力也較均勻,這種思路是可以理解的,但是在實(shí)際工程中是很難實(shí)現(xiàn)的。目前一般建筑功能為辦公樓的框架-核心筒結(jié)構(gòu),內(nèi)筒與外框架的距離通常在8m以上,由于設(shè)備管線會(huì)布置在核心筒周?chē)纳峡?做大梁會(huì)嚴(yán)重影響建筑對(duì)凈高的要求。所以在外框架與核心

2、筒間加設(shè)樓面大梁的方法不太實(shí)用。與外框架柱間的中距,抗震設(shè)計(jì)時(shí)大于10m,宜采取另設(shè)內(nèi)柱等措施。我們認(rèn)為現(xiàn)在科技的進(jìn)步,已有較多手段可以保證大跨度情況下樓層凈高的問(wèn)題,故在有可靠依據(jù)情況下可不受此限制(美國(guó)的寫(xiě)字樓外墻與內(nèi)筒之常用距離為40英尺,約為12.2m。高規(guī)規(guī)定主梁結(jié)構(gòu)可按(1/101/18L b確定,L b為主梁計(jì)算跨度,但是隨著近年大量興建的高層建筑對(duì)層高的要求,國(guó)內(nèi)一些設(shè)計(jì)單位已大量設(shè)計(jì)了梁高較小的工程,對(duì)于8m左右的柱網(wǎng),框架主梁截面高度為450mm左右,寬度為350400mm的工程也較多(高跨比為1/17.8。美國(guó)ACI318-05規(guī)定的梁高度 表1 支承情況簡(jiǎn)支梁續(xù)一端連續(xù)

3、梁兩端連續(xù)梁高跨比1/16 1/18.5 1/21注:表中數(shù)據(jù)適用于鋼筋屈服強(qiáng)度為420MPa時(shí);配其他鋼筋時(shí),應(yīng)乘以(0.4+f yk/700。新西蘭DZ3101094規(guī)定的梁高度 表2鋼筋強(qiáng)度(MPa簡(jiǎn)支梁一端連續(xù)梁兩端連續(xù)梁300 1/20 1/23 1/26430 1/17 1/19 1/22 一些國(guó)外規(guī)范規(guī)定的框架梁的高跨比見(jiàn)表1,2。對(duì)比可見(jiàn),我國(guó)規(guī)范規(guī)定的高跨比下限1/18,比國(guó)外規(guī)范要嚴(yán)的多。在選用時(shí),上限1/10適用于荷載較大的情況,當(dāng)設(shè)計(jì)人確有可靠依據(jù),且工程上有需要時(shí),梁的高跨比也可小于1/18。我院設(shè)計(jì)的北京金地中心工程為滿(mǎn)足建筑凈高的要求,A、B塔兩端簡(jiǎn)支的鋼筋混凝土

4、樓面次梁截面寬高分別為500600,跨度(梁中到墻中分別為12.245m,10.075m,高跨比分別為1/20.4,1/22.4。后者經(jīng)過(guò)相應(yīng)的足尺構(gòu)件試驗(yàn),結(jié)果表明該梁的強(qiáng)度、裂縫寬度及撓度均滿(mǎn)足規(guī)范要求,到目前為止,該梁的施工后性能良好。3.原文中建議采用寬扁梁,我們認(rèn)為這并不能有效地.減少梁的截面高度,而且寬扁梁自重較大,不利于抗震。決定梁截面高度有以下幾個(gè)條件:(1剪壓比?？紤]地震作用組合的框架梁,當(dāng)跨高比大于2.5時(shí),其截面組合的剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)符合V0.2f C bh0/RE,此條件一般較易滿(mǎn)足。出,在計(jì)算中,計(jì)入縱向受壓鋼筋.的梁端混凝土受壓區(qū)高度應(yīng)符合下列要求:一級(jí)抗震等級(jí)時(shí),x0

5、.25h0;二級(jí)抗震等級(jí)時(shí),x0.35h0。而配置縱向受壓鋼筋可以減小x值,且可以提高截面的延性。且縱向受壓鋼筋配置越多,截面延性越好。1961年出版的高層鋼筋混凝土建筑的抗震設(shè)計(jì)(Design of Multistory Reinforced Concrete Building for Earthquake Motions,是美國(guó)抗震設(shè)計(jì)方面的經(jīng)典著作,其作者Blume 和Newmark均為當(dāng)時(shí)抗震設(shè)計(jì)方面的權(quán)威(40多年后的2005年的美國(guó)混凝土規(guī)范還將此書(shū)列為主要參考書(shū)之一。在此,列出該書(shū)給出的5根梁的彎矩-曲率試驗(yàn)結(jié)果,見(jiàn)圖1。可以看出,隨著梁受拉縱筋配筋率的提高,試件延性逐漸降低,試

6、件T4La的配筋率高達(dá)1.9%,已是脆性破壞。但在試件C4xna中,由于配置了足夠的受壓鋼筋(約為受拉鋼筋的50%,即使配筋率高達(dá)1.9%,延性仍很好。據(jù)此試驗(yàn)及其后一些驗(yàn)證試驗(yàn),美國(guó)規(guī)范規(guī)定,抗震設(shè)計(jì)時(shí),在梁端截面上,受壓鋼筋應(yīng)不少于受拉鋼筋的50%。(4梁裂縫驗(yàn)算依據(jù)現(xiàn)行混凝土規(guī)范表3-3-4的規(guī)定。處于一類(lèi)環(huán)境時(shí),梁最大裂縫寬度限值lim=0.3mm,對(duì)于年平均相對(duì)濕度小于60%的地區(qū),如華北、東北、西北等干旱地區(qū),最大裂縫寬度限值可采用0.4mm(符合規(guī)范要求。百家論壇 建筑結(jié)構(gòu).技術(shù)通訊 2007年9月5 6注:b 為梁寬,d 即h 0,f c 為混凝土圓柱體試件抗壓強(qiáng)度,約折合C1

7、5C20,及為縱向受拉及受壓鋼筋的配筋率,y 及y 為縱向受拉及受壓鋼筋的屈服強(qiáng)度,約為300400MPa 。圖1 彎矩-曲率關(guān)系曲線(5規(guī)范規(guī)定抗震設(shè)計(jì)時(shí),梁端縱向受拉鋼筋的配筋率 2.5%。美國(guó)混凝土規(guī)范ACI318-05第21章規(guī)定受彎構(gòu)件的配筋率不超過(guò) 2.5%,解釋如下:“限制配筋率不超過(guò)2.5%,主要是避免鋼筋過(guò)于密集。次要方面,是限制常用截面主梁的剪應(yīng)力”?？梢?jiàn)配筋率2.5%的限制與抗震設(shè)計(jì)并無(wú)太多直接關(guān)系,從前文可知,受壓鋼筋對(duì)梁延性的提高有所貢獻(xiàn),按規(guī)范要求配足受壓鋼筋后,受拉鋼筋的配筋率略大于 2.5%應(yīng)該也是可以的。另外在設(shè)計(jì)中,當(dāng)梁端的縱向受力鋼筋配筋率大于 2.5%后

8、,可以在梁端水平加腋,通過(guò)增大局部斷面來(lái)解決超筋的問(wèn)題。通過(guò)以上5個(gè)條件的分析和工程實(shí)踐,可以說(shuō)明一般不必用寬扁梁來(lái)解決梁截面高度較小的問(wèn)題。4.預(yù)應(yīng)力的使用使工程造價(jià)加大,且工期較長(zhǎng),一般不輕易采用。我院對(duì)于跨度88.4m 的框架梁,截面采用400500的工程實(shí)例很多。如金地中心工程,采用框架間加設(shè)12根次梁來(lái)減小框架梁承受的豎向荷載,見(jiàn)圖2,結(jié)構(gòu)高跨比可取到1/221/23。 圖2 次梁方案 圖3 預(yù)應(yīng)力空心樓板方案5.對(duì)于層高較小(如小于3.6m,我院經(jīng)常采用預(yù)應(yīng)力空心樓板的平面布置方案(見(jiàn)圖3。這樣既能滿(mǎn)足承載力和變形的要求,又能減輕結(jié)構(gòu)自重,減少地震作用,跨度可達(dá)14m 。 第一作者簡(jiǎn)介程懋堃,全國(guó)設(shè)計(jì)大師,1930年生于南京,1950年畢業(yè)于上海交通大學(xué)土木工程系。北京市建筑設(shè)計(jì)研究院顧問(wèn)總工程師。代表作有王府井百貨大樓、新僑飯店和西苑飯店等。(上接10頁(yè)填寫(xiě)增大系數(shù)(圖2。 5 地震作用方向圖3 輸入“斜交抗側(cè)力構(gòu)件方向附加地震數(shù)”和相應(yīng)的角度行補(bǔ)充驗(yàn)算。SATWE 和TAT 程序中應(yīng)輸入“斜交抗側(cè)力構(gòu)件方向附加地震作用數(shù)”和相應(yīng)的角度(圖3。 6 異形柱軸壓比的計(jì)算抗震等級(jí) 結(jié)構(gòu)體系截面形式二級(jí)三級(jí)四級(jí)L 形0.50 0.60 0.7