论文部分内容阅读
摘要：根据框架-核心筒结构的建筑特点和受力特点，基于结构规范对这一结构体系的设计要求,对框架-核心筒结构的设计进行探讨，提出其结构平面布置、立面布置、构造要求等方面进行阐述，以达到更为合理和完善的设计
关键词：结构设计；框架核心筒；受力分析；结构布置
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1． 引言
框架核心筒是由核心筒与外围的稀柱框架组成的高层建筑结构称为框架—核心筒结构，其中简体主要承担水平荷载，框架主要承担竖向荷载。这种结构兼有框架结构与筒体结构两者的优点，建筑平面布置灵活便于设置大房间，又具有较大的侧向刚度和水平承载力，因此得到广泛应用。
2． 框架核心筒受力分析
框架—核心简结构作为近十年来世界各国较普通采用并且有广阔发展前景的一种重要高层建筑结构体系。这种体系国外多采用钢结构，此时楼面多采作钠梁铰接支承于周边钢柱、副框架梁和核心筒的钢往、钢梁上，核心商、钢校多采用钢一混凝土组合，楼板多为压型钢板混凝土组合，整体结构的抗侧刚度来源于核心筒和周边的稀柱外框筒的协同工作，若抗侧刚度不够，常在设备层、避难层设外伸刚臂构成刚性加强层或在周边凉置支撑体系予以增强，其建筑高度已达100层、400m左右，它的优点是有利于减少工地劳动力、降低建造成本、加快施工进度，缺点是面广量大的楼面梁铰接未能充分地发挥其抗侧作用。
国内多采用现浇混凝上结构，此时楼面多采用现浇混凝土梁刚接整浇支承于周边混凝土或钢混土组合柱、混凝土框架梁和混凝土或钢混凝土组合的核心筒。楼板多为现浇混凝土，其整体结构的抗刚度主要来源于核心筒一楼面粱一周边框架柱，它与周边稀柱外框筒经协同作用，此时结构的抗侧传力直接，充分发拌了楼面梁的刚度参加抗侧工作，克服了稀柱外框筒的剪力滞后效影。在超高层建筑高宽比(>6)较大时，常也在设备层、避难层另加设外伸刚臂构成刚性加强层或者周边支撑体系对结构构成刚仕加强层或周边支撑体系刘结构抗侧刚度予以增强。这种结构体系较适合于办公楼、酒店、公寓。其建筑平面利用系数较高。建筑平面分隔比较灵活，景观视野開阔、中央核心筒主要是结合电梯、消防楼梯、厕所、设备管井等布置，而且可以随着建筑电梯数量减少，在上部楼层适当减小核心筒，进一步扩入有效建筑面积。
框架—核心简结构内力分配的特点是框架承受的剪力和倾覆力矩都较小。抗震设计时．为实现双重抗侧力结构体系，对钢筋混凝土框架—核心筒结构要求外框架构件的截面不宜过小，框架承担的剪力和弯矩需进行调整增大；对钢—混凝土混合结构，要求外框架承受的层剪力应达到总层剪力的20％一25％；由于外钢框架柱截面小，钢框架—钢筋混凝土核心筒结构要达到这个比例比较困难，因此，这种结构的总高度不宜大大；如果采用钢骨混凝土、钢管混凝土柱，则较容易达到双重抗侧力体系的要求。
3． 框架核心筒设计要点
通过结合工程时实践，现浇混凝土框架核心筒结构的布置设计主要的设计要点总结以下：
（1）对于框架核心筒的尺寸一般是适宜选取H/10~H/12。H为主体结构地而以上的总高，即核心筒的高宽比取10~11．此时结构的抗侧刚度上要依赖于筒体，也即筒体的尺度只要满足此要求，结构的抗侧刚度、抗侧工作、整体稳定一般均较易满足。
（2）对于框架核心筒的筒体的壁厚一般不适宜选取太厚，从工程实践情况来看，其厚度适宜选取300~500mm，这样可有利于减轻结构自重，提高建筑平面利用系数，同时筒体作为主要竖向承重构件混凝土标高尽量采用高些，下部楼层则可采用C40~C50，甚至C60，对于上部楼层可下降至C30。
（3）核心筒的完整要注意保证，筒体相当于一竖放的中间有许多横隔的箱型梁，其空间刚度延性都很好，为了能充分地发挥筒体的抗侧作用，有效地确保结构的经济合理，对于核心筒的完整性十分重要。因此在布置筒体保持筒体的完整性时，应当抓紧以下两个环节：一是应当确保筒体的角部有足够的转角翼缘，最小适宜选取>2t（t为筒体壁厚）；二是筒壁门洞口的连梁应当尽量做大，以有效地确保筒体的空间刚度。
（4）对于核心筒的内分隔墙适宜尽量对齐而且贯通，同时做成一部分混凝土墙体，其厚度可以适当减薄，现浇混凝土结构以15~20cm左右为宜，这是因为这部分分隔墙的刚度贡献不是很有效，墙薄可以有效地减轻自重，但同时它可以帮助筒体承受一部分垂直荷载、水平剪力以及实现筒体的空间刚度，所以一又有必要设置。
（5）筒体的完整性延性较好，在前期设计中应当确定核心筒壁厚是取它在垂直荷载作用下的轴压比0.55~0.65，适当提高以及尽量与框架住的轴压比接近匹配，减小垂直荷载下压应力二次协调调整的影响。
（6）框架柱通过楼面梁与筒体连接共同作用，在核心筒框架结构中起着很重要的作用，将承受水平荷载下产生的较大的轴力，因此对于框架住在前期设计中在垂直荷载作用下的轴压比适宜按照纯框架结构角柱要求从严控制，建议取0.65~0.75，以有利于与筒体轴压比较匹配，从而有效地提高框架柱的轴向刚度，提高筒框结构的抗侧刚度。
（7）周边框架的不止宜尽量与筒体的周边轴线对齐，以利楼面连梁的连接嵌固和发挥作用，周边框架柱的柱距一般可取8~10m，框架柱与筒体壁厚中心的距离一般可取8~12m。
（8）楼面连梁的尺寸主要取决于筒体的高度比，刚度，整体结构的高宽比和框架柱的轴向刚度，当筒体高宽比<10， 整体结构的高宽比<4时，楼面连梁的尺寸可取较小值，反之取较大值。
（9）目前筒体稀柱框架结构的超高层建筑，为便利商业销售出租和考虑市场承受能力，标准楼层面积不宜过大，有时主体结构的高宽比高达8~12，筒体的高宽高达15~25，此时若还按普通筒体稀柱框架结构来设计是不可能的。此时可通过加强框架柱的轴向刚度，楼面梁的抗弯刚度及加设刚性加强层，支撑体系等措施来提供结构整体抗侧刚度，满足使用要求。这是筒框结构空间特性好的又一个巨大潜在优点，正是当今世界各国超高层建筑结构发展趋势的原因所在。 关于刚性加强层的设置，应该指出二点，一是他的有效性，通过刚性加强层内合理布置刚度巨大的外伸臂设置整层高的斜腹杆桁架，直腹杆的空腹桁架，或开洞口的实体梁连接筒体与周边框架柱，可进一部增强周边框架柱的整体抗侧作用，增强筒框结构的工作效能，从而有效提高整体结构的抗侧刚度；二是它的复杂性，刚性加强层外伸刚臂的设置，将不可避免地带来水平荷载下内力分布的变化和应力集中，结构的地震响应更为复杂，竖向温差，徐变效应更为尖锐，因此结构设计要更加细致全面，对症下药，分析处理。
（10）框架—核心筒结构的楼盖，宜选用结构高度小、整体性强、结构自重轻及有利于施工的楼盖结构形式，因此宜选用现浇梁板式楼板，也可选用密肋式楼板、无枯结预应力混凝土乎板以及预制预应力薄板加现浇层的叠合楼板。当内筒与外框架的中距大于8m时，应优先采用无粘结预应力混凝土楼盖。
4． 结语
框架核心筒结构是由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用的高层建筑结构。筒体可分为筒结构和框架一核心筒结构。文章主要结合工程实践经验，对框架核心筒结构选型、平面及竖向结构布置、构造措施以及结构概念设计等进行了分析。
参考文献：
[1] 李亚春．高层建筑框架核心筒结构设计分析探讨[J]．中外建筑，2012，28（08）：118~119．
[2] 李洁，尚甲．关于框架-核心筒结构设计的探讨[J]．工程建设与设计，2011，31（04）：31~33．
[3] 何峭峰．浅析建筑工程框架核心筒结构设计[J]．中国新技术新产品，2010，23（01）：11~15．
关键词：结构设计；框架核心筒；受力分析；结构布置
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1． 引言
框架核心筒是由核心筒与外围的稀柱框架组成的高层建筑结构称为框架—核心筒结构，其中简体主要承担水平荷载，框架主要承担竖向荷载。这种结构兼有框架结构与筒体结构两者的优点，建筑平面布置灵活便于设置大房间，又具有较大的侧向刚度和水平承载力，因此得到广泛应用。
2． 框架核心筒受力分析
框架—核心简结构作为近十年来世界各国较普通采用并且有广阔发展前景的一种重要高层建筑结构体系。这种体系国外多采用钢结构，此时楼面多采作钠梁铰接支承于周边钢柱、副框架梁和核心筒的钢往、钢梁上，核心商、钢校多采用钢一混凝土组合，楼板多为压型钢板混凝土组合，整体结构的抗侧刚度来源于核心筒和周边的稀柱外框筒的协同工作，若抗侧刚度不够，常在设备层、避难层设外伸刚臂构成刚性加强层或在周边凉置支撑体系予以增强，其建筑高度已达100层、400m左右，它的优点是有利于减少工地劳动力、降低建造成本、加快施工进度，缺点是面广量大的楼面梁铰接未能充分地发挥其抗侧作用。
国内多采用现浇混凝上结构，此时楼面多采用现浇混凝土梁刚接整浇支承于周边混凝土或钢混土组合柱、混凝土框架梁和混凝土或钢混凝土组合的核心筒。楼板多为现浇混凝土，其整体结构的抗刚度主要来源于核心筒一楼面粱一周边框架柱，它与周边稀柱外框筒经协同作用，此时结构的抗侧传力直接，充分发拌了楼面梁的刚度参加抗侧工作，克服了稀柱外框筒的剪力滞后效影。在超高层建筑高宽比(>6)较大时，常也在设备层、避难层另加设外伸刚臂构成刚性加强层或者周边支撑体系对结构构成刚仕加强层或周边支撑体系刘结构抗侧刚度予以增强。这种结构体系较适合于办公楼、酒店、公寓。其建筑平面利用系数较高。建筑平面分隔比较灵活，景观视野開阔、中央核心筒主要是结合电梯、消防楼梯、厕所、设备管井等布置，而且可以随着建筑电梯数量减少，在上部楼层适当减小核心筒，进一步扩入有效建筑面积。
框架—核心简结构内力分配的特点是框架承受的剪力和倾覆力矩都较小。抗震设计时．为实现双重抗侧力结构体系，对钢筋混凝土框架—核心筒结构要求外框架构件的截面不宜过小，框架承担的剪力和弯矩需进行调整增大；对钢—混凝土混合结构，要求外框架承受的层剪力应达到总层剪力的20％一25％；由于外钢框架柱截面小，钢框架—钢筋混凝土核心筒结构要达到这个比例比较困难，因此，这种结构的总高度不宜大大；如果采用钢骨混凝土、钢管混凝土柱，则较容易达到双重抗侧力体系的要求。
3． 框架核心筒设计要点
通过结合工程时实践，现浇混凝土框架核心筒结构的布置设计主要的设计要点总结以下：
（1）对于框架核心筒的尺寸一般是适宜选取H/10~H/12。H为主体结构地而以上的总高，即核心筒的高宽比取10~11．此时结构的抗侧刚度上要依赖于筒体，也即筒体的尺度只要满足此要求，结构的抗侧刚度、抗侧工作、整体稳定一般均较易满足。
（2）对于框架核心筒的筒体的壁厚一般不适宜选取太厚，从工程实践情况来看，其厚度适宜选取300~500mm，这样可有利于减轻结构自重，提高建筑平面利用系数，同时筒体作为主要竖向承重构件混凝土标高尽量采用高些，下部楼层则可采用C40~C50，甚至C60，对于上部楼层可下降至C30。
（3）核心筒的完整要注意保证，筒体相当于一竖放的中间有许多横隔的箱型梁，其空间刚度延性都很好，为了能充分地发挥筒体的抗侧作用，有效地确保结构的经济合理，对于核心筒的完整性十分重要。因此在布置筒体保持筒体的完整性时，应当抓紧以下两个环节：一是应当确保筒体的角部有足够的转角翼缘，最小适宜选取>2t（t为筒体壁厚）；二是筒壁门洞口的连梁应当尽量做大，以有效地确保筒体的空间刚度。
（4）对于核心筒的内分隔墙适宜尽量对齐而且贯通，同时做成一部分混凝土墙体，其厚度可以适当减薄，现浇混凝土结构以15~20cm左右为宜，这是因为这部分分隔墙的刚度贡献不是很有效，墙薄可以有效地减轻自重，但同时它可以帮助筒体承受一部分垂直荷载、水平剪力以及实现筒体的空间刚度，所以一又有必要设置。
（5）筒体的完整性延性较好，在前期设计中应当确定核心筒壁厚是取它在垂直荷载作用下的轴压比0.55~0.65，适当提高以及尽量与框架住的轴压比接近匹配，减小垂直荷载下压应力二次协调调整的影响。
（6）框架柱通过楼面梁与筒体连接共同作用，在核心筒框架结构中起着很重要的作用，将承受水平荷载下产生的较大的轴力，因此对于框架住在前期设计中在垂直荷载作用下的轴压比适宜按照纯框架结构角柱要求从严控制，建议取0.65~0.75，以有利于与筒体轴压比较匹配，从而有效地提高框架柱的轴向刚度，提高筒框结构的抗侧刚度。
（7）周边框架的不止宜尽量与筒体的周边轴线对齐，以利楼面连梁的连接嵌固和发挥作用，周边框架柱的柱距一般可取8~10m，框架柱与筒体壁厚中心的距离一般可取8~12m。
（8）楼面连梁的尺寸主要取决于筒体的高度比，刚度，整体结构的高宽比和框架柱的轴向刚度，当筒体高宽比<10， 整体结构的高宽比<4时，楼面连梁的尺寸可取较小值，反之取较大值。
（9）目前筒体稀柱框架结构的超高层建筑，为便利商业销售出租和考虑市场承受能力，标准楼层面积不宜过大，有时主体结构的高宽比高达8~12，筒体的高宽高达15~25，此时若还按普通筒体稀柱框架结构来设计是不可能的。此时可通过加强框架柱的轴向刚度，楼面梁的抗弯刚度及加设刚性加强层，支撑体系等措施来提供结构整体抗侧刚度，满足使用要求。这是筒框结构空间特性好的又一个巨大潜在优点，正是当今世界各国超高层建筑结构发展趋势的原因所在。 关于刚性加强层的设置，应该指出二点，一是他的有效性，通过刚性加强层内合理布置刚度巨大的外伸臂设置整层高的斜腹杆桁架，直腹杆的空腹桁架，或开洞口的实体梁连接筒体与周边框架柱，可进一部增强周边框架柱的整体抗侧作用，增强筒框结构的工作效能，从而有效提高整体结构的抗侧刚度；二是它的复杂性，刚性加强层外伸刚臂的设置，将不可避免地带来水平荷载下内力分布的变化和应力集中，结构的地震响应更为复杂，竖向温差，徐变效应更为尖锐，因此结构设计要更加细致全面，对症下药，分析处理。
（10）框架—核心筒结构的楼盖，宜选用结构高度小、整体性强、结构自重轻及有利于施工的楼盖结构形式，因此宜选用现浇梁板式楼板，也可选用密肋式楼板、无枯结预应力混凝土乎板以及预制预应力薄板加现浇层的叠合楼板。当内筒与外框架的中距大于8m时，应优先采用无粘结预应力混凝土楼盖。
4． 结语
框架核心筒结构是由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用的高层建筑结构。筒体可分为筒结构和框架一核心筒结构。文章主要结合工程实践经验，对框架核心筒结构选型、平面及竖向结构布置、构造措施以及结构概念设计等进行了分析。
参考文献：
[1] 李亚春．高层建筑框架核心筒结构设计分析探讨[J]．中外建筑，2012，28（08）：118~119．
[2] 李洁，尚甲．关于框架-核心筒结构设计的探讨[J]．工程建设与设计，2011，31（04）：31~33．
[3] 何峭峰．浅析建筑工程框架核心筒结构设计[J]．中国新技术新产品，2010，23（01）：11~15．