对框架-核心筒结构平面布置的理解和探讨

1、对框架-核心筒结构平面布置的理解和探讨程懋堃张燕平沈莉(北京市建筑设计研究院北京 100045最近建筑结构.技术通讯上,有一些讨论对框架-核心筒结构平面布置的看法,对此作者也提出一些自己的看法,在此提出与原文作者及读者共同商榷。1.原文中指出,为减小框架-核心筒结构的剪力滞后现象,提高结构中间柱子的轴力,建议尽可能在外框架与核心筒间加设大梁,以增加抗侧刚度,使外柱内力也较均匀,这种思路是可以理解的,但是在实际工程中是很难实现的。目前一般建筑功能为办公楼的框架-核心筒结构,内筒与外框架的距离通常在8m以上,由于设备管线会布置在核心筒周围的上空,做大梁会严重影响建筑对净高的要求。所以在外框架与核心

2、筒间加设楼面大梁的方法不太实用。与外框架柱间的中距,抗震设计时大于10m,宜采取另设内柱等措施。我们认为现在科技的进步,已有较多手段可以保证大跨度情况下楼层净高的问题,故在有可靠依据情况下可不受此限制(美国的写字楼外墙与内筒之常用距离为40英尺,约为12.2m。高规规定主梁结构可按(1/101/18L b确定,L b为主梁计算跨度,但是随着近年大量兴建的高层建筑对层高的要求,国内一些设计单位已大量设计了梁高较小的工程,对于8m左右的柱网,框架主梁截面高度为450mm左右,宽度为350400mm的工程也较多(高跨比为1/17.8。美国ACI318-05规定的梁高度 表1 支承情况简支梁续一端连续

3、梁两端连续梁高跨比1/16 1/18.5 1/21注:表中数据适用于钢筋屈服强度为420MPa时;配其他钢筋时,应乘以(0.4+f yk/700。新西兰DZ3101094规定的梁高度 表2钢筋强度(MPa简支梁一端连续梁两端连续梁300 1/20 1/23 1/26430 1/17 1/19 1/22 一些国外规范规定的框架梁的高跨比见表1,2。对比可见,我国规范规定的高跨比下限1/18,比国外规范要严的多。在选用时,上限1/10适用于荷载较大的情况,当设计人确有可靠依据,且工程上有需要时,梁的高跨比也可小于1/18。我院设计的北京金地中心工程为满足建筑净高的要求,A、B塔两端简支的钢筋混凝土

4、楼面次梁截面宽高分别为500600,跨度(梁中到墙中分别为12.245m,10.075m,高跨比分别为1/20.4,1/22.4。后者经过相应的足尺构件试验,结果表明该梁的强度、裂缝宽度及挠度均满足规范要求,到目前为止,该梁的施工后性能良好。3.原文中建议采用宽扁梁,我们认为这并不能有效地.减少梁的截面高度,而且宽扁梁自重较大,不利于抗震。决定梁截面高度有以下几个条件:(1剪压比。考虑地震作用组合的框架梁,当跨高比大于2.5时,其截面组合的剪力设计值应符合V0.2f C bh0/RE,此条件一般较易满足。出,在计算中,计入纵向受压钢筋.的梁端混凝土受压区高度应符合下列要求:一级抗震等级时,x0

5、.25h0;二级抗震等级时,x0.35h0。而配置纵向受压钢筋可以减小x值,且可以提高截面的延性。且纵向受压钢筋配置越多,截面延性越好。1961年出版的高层钢筋混凝土建筑的抗震设计(Design of Multistory Reinforced Concrete Building for Earthquake Motions,是美国抗震设计方面的经典著作,其作者Blume 和Newmark均为当时抗震设计方面的权威(40多年后的2005年的美国混凝土规范还将此书列为主要参考书之一。在此,列出该书给出的5根梁的弯矩-曲率试验结果,见图1。可以看出,随着梁受拉纵筋配筋率的提高,试件延性逐渐降低,试

6、件T4La的配筋率高达1.9%,已是脆性破坏。但在试件C4xna中,由于配置了足够的受压钢筋(约为受拉钢筋的50%,即使配筋率高达1.9%,延性仍很好。据此试验及其后一些验证试验,美国规范规定,抗震设计时,在梁端截面上,受压钢筋应不少于受拉钢筋的50%。(4梁裂缝验算依据现行混凝土规范表3-3-4的规定。处于一类环境时,梁最大裂缝宽度限值lim=0.3mm,对于年平均相对湿度小于60%的地区,如华北、东北、西北等干旱地区,最大裂缝宽度限值可采用0.4mm(符合规范要求。百家论坛 建筑结构.技术通讯 2007年9月5 6注:b 为梁宽,d 即h 0,f c 为混凝土圆柱体试件抗压强度,约折合C1

7、5C20,及为纵向受拉及受压钢筋的配筋率,y 及y 为纵向受拉及受压钢筋的屈服强度,约为300400MPa 。图1 弯矩-曲率关系曲线(5规范规定抗震设计时,梁端纵向受拉钢筋的配筋率 2.5%。美国混凝土规范ACI318-05第21章规定受弯构件的配筋率不超过 2.5%,解释如下:“限制配筋率不超过2.5%,主要是避免钢筋过于密集。次要方面,是限制常用截面主梁的剪应力”。可见配筋率2.5%的限制与抗震设计并无太多直接关系,从前文可知,受压钢筋对梁延性的提高有所贡献,按规范要求配足受压钢筋后,受拉钢筋的配筋率略大于 2.5%应该也是可以的。另外在设计中,当梁端的纵向受力钢筋配筋率大于 2.5%后

8、,可以在梁端水平加腋,通过增大局部断面来解决超筋的问题。通过以上5个条件的分析和工程实践,可以说明一般不必用宽扁梁来解决梁截面高度较小的问题。4.预应力的使用使工程造价加大,且工期较长,一般不轻易采用。我院对于跨度88.4m 的框架梁,截面采用400500的工程实例很多。如金地中心工程,采用框架间加设12根次梁来减小框架梁承受的竖向荷载,见图2,结构高跨比可取到1/221/23。 图2 次梁方案 图3 预应力空心楼板方案5.对于层高较小(如小于3.6m,我院经常采用预应力空心楼板的平面布置方案(见图3。这样既能满足承载力和变形的要求,又能减轻结构自重,减少地震作用,跨度可达14m 。 第一作者简介程懋堃,全国设计大师,1930年生于南京,1950年毕业于上海交通大学土木工程系。北京市建筑设计研究院顾问总工程师。代表作有王府井百货大楼、新侨饭店和西苑饭店等。(上接10页填写增大系数(图2。 5 地震作用方向图3 输入“斜交抗侧力构件方向附加地震数”和相应的角度行补充验算。SATWE 和TAT 程序中应输入“斜交抗侧力构件方向附加地震作用数”和相应的角度(图3。 6 异形柱轴压比的计算抗震等级 结构体系截面形式二级三级四级L 形0.50 0.60 0.7