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【摘 要】框架剪力墙结构体系是指把框架和剪力墙两种结构共同组合在一起形成的结构体系。房屋的竖向荷载分别由框架和剪力墙共同承担，而水平作用主要由抗侧刚度较大的剪力墙承担。一个框剪结构，如果把剪力墙布置成了筒体，可以称之为框架核心筒。这种结构既具有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛应用于高层办公建筑和旅馆建筑中。基于此，本文就将结合工程实例，对高层建筑框架核心筒结构设计要点进行分析探讨。
【关键词】高层建筑；高层建筑；设计；措施
1、概述
1.1、框架核心筒结构技术特点分析
框架核心筒结构是利用楼梯建筑内的电梯井道、通风井、公共卫生间等构建中央核心筒，同时采用外围框架形成框架核心简结构。这一结构形式有利于结构的受力、以此提高了楼体结构的抗震性。框架核心筒结构是目前国际超高层建筑中采用的主流结构形式，而且该结构还能够提高楼体内部的空间、提高空间利用率。框架核心筒结构的应用利用了核心筒的抗侧向刚度以提高楼体的抗震性能。框架结构更多的承担竖向荷载与少部分水平荷载。框架核心筒的结构优势在现代超限高层设计中有着重要的应用，这一结构能够利用自身优势在楼层增加的过程中减少框架水平荷载的承担比重，实现建筑使用面积的增加，提高城市土地利用率、提高建筑工程建设投资效益。框架核心筒结构的优势使得其在现代超限高层建筑中有着极为重要的应用，是目前超高层建筑设计的主流结构形式。
1.2、结构辨析
在建筑学上，有一种结构名为“框筒”，与框架―核心筒结构很类似。框架-核心筒与框筒是有区别的，框筒是一种筒体结构，它指的是周围密柱深梁、内部为剪力墙围合成的筒体结构，在结构上剪力滞后是它与其它结构的主要区别；可以从以下几个方面来回答：1）从定义上来讲，他们两者都是框剪结构体系（姑且把你所说的框架核心筒作为框架-核心筒而言），因而结构受力上都是框架与剪力墙变形协调的结果；2）从细分的角度，可以这样说，对于一个框剪结构，如果我们把剪力墙布置成了筒体，我们可以称之为框架-核心筒，通常来讲，如果结构高度小于60米，我们可以按框架剪力墙的抗震等级及构造措施来处理这个所谓的“框架-核心筒”，而当结构高度大于60米时，我们通常以高规中“框筒”的抗震等级及结构措施来处理。
2、高层建筑结构静力分析方法
2.1、框架-剪力墙结构
框架-剪力墙结构内力与位移计算的方法很多，由于采用的未知量和考虑因素的不同，各种方法解答的具体形式亦不相同。框架-剪力墙的机算方法，通常是将结构转化为等效壁式框架，采用杆系结构矩阵位移法求解。
2.2、剪力墙结构
剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。不同类型的剪力墙，其截面应力分布也不同，计算内力与位移时需采用相应的计算方法。剪力墙结构的机算方法是平面有限单元法。此法较为精确，而且对各类剪力墙都能适用。但因其自由度较多，机时耗费较大，目前一般只用于特殊开洞墙、框支墙的过渡层等应力分布复杂的情况。
2.3、筒体结构
筒体结构的分析方法按照对计算模型处理手法的不同可分为三类：等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析。凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系。
筒体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。筒体体系具有很大的刚度和强度，各构件受力比较合理，抗风、抗震能力很强，往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。等效连续化方法是将结构中的离散杆件作等效连续化处理。一种是只作几何分布上的连续化，以便用连续函数描述其内力；另一种是作几何和物理上的连续处理，将离散杆件代换为等效的正交异性弹性薄板，以便应用分析弹性薄板的各种有效方法。具体应用有连续化微分方程解法、框筒近似解法、拟壳法、能量法、有限单元法、有限条法等。等效离散化方法是将连续的墙体离散为等效的杆件，以便应用适合杆系结构的方法来分析。这一类方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子结构法等。
具体应用包括等代角柱法、展开平面框架法、核心筒的框架分析法、平面框架子结构法。比等效连续化和等效离散化更为精确的计算模型是完全按三维空间结构来分析筒体结构体系，其中应用最广的是空间杆-薄壁杆系矩阵位移法。这种方法将高层结构体系视为由空间梁元、空间柱元和薄壁柱元组合而成的空间杆系结构，这是目前工程上采用最多的计算模型。
3、高层建筑框架核心筒结构设计
3.1、结构设计优化分析
某研发中心A楼标准层平面布置图如图1所示，剪力墙底部加强部位墙厚350mm，框架柱截面为900mm×900mm，底部混凝土强度为C50，底部加强区位置为负一层至5层楼面，经SATWE计算结构框架楼层地震剪力如表1所示。
表1中的数据不满足《高层建筑混凝土结构技术规程》9.1.11条及《建筑抗震设计规范》中6.7.1.2条对筒体结构的“框架部分各层地震剪力的最大值不宜小于结构底部总地震剪力的10%”的要求。
分析该结构，由于外周框架柱的柱距过大，柱截面偏小，梁高偏小，造成其刚度过低、核心筒刚度过高，结构底部剪力主要由核心筒承担。在强烈地震作用下，核心筒墙体可能损伤严重，经内力重新分布后，外周框架会承担较大的地震力作用。結构设计不合理。现将底部框架柱截面改为1100mm×1100mm，并适当增大梁截面后，计算结果如表2所示。
调整后柱承受的剪力百分比满足要求规范“不小于结构底部总地震剪力的10%”要求。结构体系合理。
3.2、角柱的概念设计
角柱因受力较小，底部框架柱增大截面后，角柱截面仍为900mm×900mm，小于一般框架柱截面，此时周期、地震力与振型输出文件结果如表3所示。
由表3可知，结构扭转为主的第一自阵周期Tt=2.0349；结构平动为主的第一自阵周期T1=2.7420。 周期比Tt/T1=2.0349/2.7420=0.74<0.85，满足规范要求。
但研究《高层建筑混凝土结构技术规程》9.1.4条“筒体结构的楼盖外角宜设置双层双向钢筋”[1]，是由于筒体结构的双向楼板在竖向荷载的作用下，四周外角要上翘，为了防止楼板裂缝的产生，所以规范提出应该加强构造。结合框架-核心筒模型的结构整体空间振动简图分析，框架-核心筒结构在受扭转为主的阵型下，角柱平面外变形最大，是结构最容易破坏的地方，也是概念设计中最应该加强的地方。受建筑功能限制，角柱只能加大到与框架柱相同1100mm×1100mm。加大角柱后的周期、地震力与振型输出文件结果如表4所示。
周期比Tt/T1=2.0180/2.6497=0.76<0.85，满足规范要求。同时角柱应按双向偏心受压构件计算，纵向钢筋面积宜乘以增大系数1.3。
4、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。我们在使用软件的时候，要仔细分析该软件的适用范围，了解该软件的计算原理。只有这样，我们才能够得到我们想要的准确结果，而不是因为软件的错误解读而得到的错误结果。
总言之，对于大型的高层建筑而言，框架是一座建筑的根骨所在，就像是人类的骨骼，只有拥有了良好的骨骼，人体才能健康。建筑框架也一样，一栋建筑，只有拥有了良好的框架结构，才能够更加稳固、舒适。本文通过具体工程实例进行分析总结，告诉大家在高层框架核心筒结构设计中可以根据建筑特点采用设置内排框架柱的方法进行结构优化，既能很好地满足建筑功能的要求，在以后的工作中值得推广应用。
参考文献：
[1]章锦艳.框架—核心筒高层建筑加强层设置研究[D].南昌大学，2012.
[2]李慧.高层钢筋混凝土框架—核心筒结构体系的优化研究[D].广州大学，2012.
[3]韩建强，李慧，罗沁，刘坚，彭欢佳.广州地区高层建筑框架-核心筒结构设计现状与建议[J].建筑结构，2012，06：28-32.
[4]徐自國.高层建筑钢筋混凝土框架—核心筒结构楼层层高变化对结构抗震性能的影响研究[D].中国建筑科学研究院，2013.
[5]杨玛莎.带刚性加强层的高层框架—核心筒结构体系的设计研究[D].重庆大学，2003.
【关键词】高层建筑；高层建筑；设计；措施
1、概述
1.1、框架核心筒结构技术特点分析
框架核心筒结构是利用楼梯建筑内的电梯井道、通风井、公共卫生间等构建中央核心筒，同时采用外围框架形成框架核心简结构。这一结构形式有利于结构的受力、以此提高了楼体结构的抗震性。框架核心筒结构是目前国际超高层建筑中采用的主流结构形式，而且该结构还能够提高楼体内部的空间、提高空间利用率。框架核心筒结构的应用利用了核心筒的抗侧向刚度以提高楼体的抗震性能。框架结构更多的承担竖向荷载与少部分水平荷载。框架核心筒的结构优势在现代超限高层设计中有着重要的应用，这一结构能够利用自身优势在楼层增加的过程中减少框架水平荷载的承担比重，实现建筑使用面积的增加，提高城市土地利用率、提高建筑工程建设投资效益。框架核心筒结构的优势使得其在现代超限高层建筑中有着极为重要的应用，是目前超高层建筑设计的主流结构形式。
1.2、结构辨析
在建筑学上，有一种结构名为“框筒”，与框架―核心筒结构很类似。框架-核心筒与框筒是有区别的，框筒是一种筒体结构，它指的是周围密柱深梁、内部为剪力墙围合成的筒体结构，在结构上剪力滞后是它与其它结构的主要区别；可以从以下几个方面来回答：1）从定义上来讲，他们两者都是框剪结构体系（姑且把你所说的框架核心筒作为框架-核心筒而言），因而结构受力上都是框架与剪力墙变形协调的结果；2）从细分的角度，可以这样说，对于一个框剪结构，如果我们把剪力墙布置成了筒体，我们可以称之为框架-核心筒，通常来讲，如果结构高度小于60米，我们可以按框架剪力墙的抗震等级及构造措施来处理这个所谓的“框架-核心筒”，而当结构高度大于60米时，我们通常以高规中“框筒”的抗震等级及结构措施来处理。
2、高层建筑结构静力分析方法
2.1、框架-剪力墙结构
框架-剪力墙结构内力与位移计算的方法很多，由于采用的未知量和考虑因素的不同，各种方法解答的具体形式亦不相同。框架-剪力墙的机算方法，通常是将结构转化为等效壁式框架，采用杆系结构矩阵位移法求解。
2.2、剪力墙结构
剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。不同类型的剪力墙，其截面应力分布也不同，计算内力与位移时需采用相应的计算方法。剪力墙结构的机算方法是平面有限单元法。此法较为精确，而且对各类剪力墙都能适用。但因其自由度较多，机时耗费较大，目前一般只用于特殊开洞墙、框支墙的过渡层等应力分布复杂的情况。
2.3、筒体结构
筒体结构的分析方法按照对计算模型处理手法的不同可分为三类：等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析。凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系。
筒体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。筒体体系具有很大的刚度和强度，各构件受力比较合理，抗风、抗震能力很强，往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。等效连续化方法是将结构中的离散杆件作等效连续化处理。一种是只作几何分布上的连续化，以便用连续函数描述其内力；另一种是作几何和物理上的连续处理，将离散杆件代换为等效的正交异性弹性薄板，以便应用分析弹性薄板的各种有效方法。具体应用有连续化微分方程解法、框筒近似解法、拟壳法、能量法、有限单元法、有限条法等。等效离散化方法是将连续的墙体离散为等效的杆件，以便应用适合杆系结构的方法来分析。这一类方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子结构法等。
具体应用包括等代角柱法、展开平面框架法、核心筒的框架分析法、平面框架子结构法。比等效连续化和等效离散化更为精确的计算模型是完全按三维空间结构来分析筒体结构体系，其中应用最广的是空间杆-薄壁杆系矩阵位移法。这种方法将高层结构体系视为由空间梁元、空间柱元和薄壁柱元组合而成的空间杆系结构，这是目前工程上采用最多的计算模型。
3、高层建筑框架核心筒结构设计
3.1、结构设计优化分析
某研发中心A楼标准层平面布置图如图1所示，剪力墙底部加强部位墙厚350mm，框架柱截面为900mm×900mm，底部混凝土强度为C50，底部加强区位置为负一层至5层楼面，经SATWE计算结构框架楼层地震剪力如表1所示。
表1中的数据不满足《高层建筑混凝土结构技术规程》9.1.11条及《建筑抗震设计规范》中6.7.1.2条对筒体结构的“框架部分各层地震剪力的最大值不宜小于结构底部总地震剪力的10%”的要求。
分析该结构，由于外周框架柱的柱距过大，柱截面偏小，梁高偏小，造成其刚度过低、核心筒刚度过高，结构底部剪力主要由核心筒承担。在强烈地震作用下，核心筒墙体可能损伤严重，经内力重新分布后，外周框架会承担较大的地震力作用。結构设计不合理。现将底部框架柱截面改为1100mm×1100mm，并适当增大梁截面后，计算结果如表2所示。
调整后柱承受的剪力百分比满足要求规范“不小于结构底部总地震剪力的10%”要求。结构体系合理。
3.2、角柱的概念设计
角柱因受力较小，底部框架柱增大截面后，角柱截面仍为900mm×900mm，小于一般框架柱截面，此时周期、地震力与振型输出文件结果如表3所示。
由表3可知，结构扭转为主的第一自阵周期Tt=2.0349；结构平动为主的第一自阵周期T1=2.7420。 周期比Tt/T1=2.0349/2.7420=0.74<0.85，满足规范要求。
但研究《高层建筑混凝土结构技术规程》9.1.4条“筒体结构的楼盖外角宜设置双层双向钢筋”[1]，是由于筒体结构的双向楼板在竖向荷载的作用下，四周外角要上翘，为了防止楼板裂缝的产生，所以规范提出应该加强构造。结合框架-核心筒模型的结构整体空间振动简图分析，框架-核心筒结构在受扭转为主的阵型下，角柱平面外变形最大，是结构最容易破坏的地方，也是概念设计中最应该加强的地方。受建筑功能限制，角柱只能加大到与框架柱相同1100mm×1100mm。加大角柱后的周期、地震力与振型输出文件结果如表4所示。
周期比Tt/T1=2.0180/2.6497=0.76<0.85，满足规范要求。同时角柱应按双向偏心受压构件计算，纵向钢筋面积宜乘以增大系数1.3。
4、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。我们在使用软件的时候，要仔细分析该软件的适用范围，了解该软件的计算原理。只有这样，我们才能够得到我们想要的准确结果，而不是因为软件的错误解读而得到的错误结果。
总言之，对于大型的高层建筑而言，框架是一座建筑的根骨所在，就像是人类的骨骼，只有拥有了良好的骨骼，人体才能健康。建筑框架也一样，一栋建筑，只有拥有了良好的框架结构，才能够更加稳固、舒适。本文通过具体工程实例进行分析总结，告诉大家在高层框架核心筒结构设计中可以根据建筑特点采用设置内排框架柱的方法进行结构优化，既能很好地满足建筑功能的要求，在以后的工作中值得推广应用。
参考文献：
[1]章锦艳.框架—核心筒高层建筑加强层设置研究[D].南昌大学，2012.
[2]李慧.高层钢筋混凝土框架—核心筒结构体系的优化研究[D].广州大学，2012.
[3]韩建强，李慧，罗沁，刘坚，彭欢佳.广州地区高层建筑框架-核心筒结构设计现状与建议[J].建筑结构，2012，06：28-32.
[4]徐自國.高层建筑钢筋混凝土框架—核心筒结构楼层层高变化对结构抗震性能的影响研究[D].中国建筑科学研究院，2013.
[5]杨玛莎.带刚性加强层的高层框架—核心筒结构体系的设计研究[D].重庆大学，2003.