高层建筑框架核心筒结构设计分析漫谈

摘要：筒体结构是通过竖向的筒体构成，以此来承受水平和竖向作用的高层建筑。一般情况下，筒体分成筒结构和框架核心筒结构两种。筒中筒结构主要是由外部的框筒和内部的核心筒构成的高层建筑，有极大的承载力与抗侧力刚度。外筒和周边的间距通常在3米之内。为了建筑的外观与使用功能的需要，可能还需要变大柱距。这种结构使用与100米之上的高层建筑。另外一种就是框架核心筒结构。本文通过介绍高层建筑框架核心筒结构设计，对高层结构的整体设计进行了分析和阐述，并且对设计的新的做了总结。

关键词：高层建筑；框架核心筒；结构设计

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

筒体结构是一种空间整截面的工作结构，具有合理受力、造型美观和使用灵活的特点。筒体结构主要分为两种。一种是筒中筒结构。外部的框筒与内部的核心筒共同组成的高程建筑，有很大的承载力与抗侧力。另外一种就是框架核心筒结构。根据建筑功能的需求在建筑的内部组成实体的筒体，以此来作为侧抗力的主要构件。在内同的爱面布置大柱距框架，它的受力情况和框架剪力墙的结构是相同的。

一、结构设计的总体构思

结构的类型

框架核心筒结构的承载能力与抗变形能力虽然比筒中筒结构要差，但是可以避免结构的竖向抗侧力中构件转换，从而满足了建筑的立面效果与使用要求。为了解结构高度的超限和柱截面的减小问题，下部的若干层通常采用混凝土的组合柱，而楼盖则采用了现浇普通钢筋的混凝土的梁板体系。

因为结构的侧向位移无法满足限制的要求，所以利用建筑避难层，在第三十层设置了结构加强层。这是一把双刃剑。因为它虽然可以提高结构的抗侧移刚度，但是也使结构的竖向刚度突然发生变化，所以，结构加强层和相邻的层都按照要求做了加强处理。

2.超限措施

框架核心筒结构的平面形状规则，刚度与承载力的分布非常均匀，结构的抗侧力的构件是上下连贯且贯通的。

超限的应对措施是把首层和下面若干层的抗侧力构建当成加强的重中之重。其中，1到15层采取钢管的混凝土组合柱，1到2层剪力墙的四角附加了刚暗柱，使得首层的抗震等级提高了一级。其中，钢管混凝土具有很强的变形能力与承载能力，但是它的防腐与防火材料造价高，而且有时效性，维修成本过高。而剪力墙四角的钢暗柱，可以解决剪力墙的端部应用集中的相关问题，而且可以提高剪力墙的抗变形能力与承载能力。

二、结构整体的计算和分析

1.结构整体的计算考虑

对于框架核心筒结构，具体的计算应该采取以下的措施。其中，主要包括常规计算；利用SATWE计算软件来计算配筋的计算与结构的分析；整体性和构建的复核比计算；用弹性时程的分析来计算地震的作用；用中震弹性来计算设计框架柱和剪力墙的配筋；用中震不屈服的计算来检验框架的抗震性，以此来发现结构的薄弱环节；用静力推覆计算来检验结构的抗震能力，符合地震下的定点位移，保证大震不倒。

在框架核心筒的整体结构计算当中，为了计算结果的准确性，要正确的把我结构计算的参数。在输入参数时，一方面要考虑单向水平方向因地震作用产生的扭转效应，另一方面还要考虑双向水平方向地震产生的扭转效应。单向水平的地震作考虑到了偶然的偏心影响和方向两组。

2.结构计算结果的分析

对于框架核心筒结构的整体计算，假设软件得出的单位面积的质量是1.76吨。横向的刚比重是1.73，而纵向的刚比重是1.60.。根据地震剪力和楼层位移算出楼层的刚度比，表明软弱层出现哪一层。在风荷载和地震的作用下，构建的强度与变形都符合规范的要求，根据多个程序的计算，结构的抗扭性是比较好的。各个楼层间的位移角的比值应该大于1.4，小于高规规定。塔楼的刚重比应该满足结构稳定性的规定，但是要考虑到重力二阶的影响。

对于框架核心筒静力弹塑性的推覆分析，根据大震不倒的目标进行计算。假设用刚性的楼板。分两步进行加载，注意加载的顺序和水平荷载的竖向分布模式。第一步是施加重力的荷载代表值，然后在水平荷载的过程当中保持恒定。然后，第二部则是逐渐的施加竖向的分步模式，使之成为倒三角的水平荷载。结果表明在大地震的计算中，建筑物可以实现大震不倒的目标。

三、剪力墙的平面对于梁端的嵌固作用分析

对于框架核心筒结构而言，部分的框架梁需要支撑剪力墙的平面外方向。在剪力墙的平面外对于梁端的嵌固作用如何，设计规范与标准当中都没有涉及到。这一作用的主要因素是墙平面对于嵌固作用的墙线风度、墙在这一层的轴压力、梁线刚度比和有效的长度等。当前普遍适用的计算软件虽然能够分析墙平面外的刚度，但是却没有考虑到有效的长度。一旦碰到墙肢较长或者空间风度较大的情况时，软件通常会高估嵌固作用，最终导致结果大于实际值。要解决这一问题，需要做到以下几点。首先，要采用增加梁端的水平腋的方法，直接增加嵌固作用的有效长度。其次，采取增加墙边的框梁的方式。增加平面外的局部刚度。为了保证梁端的剪力得到均匀的传递，墙边的框梁宽于墙厚的地方用斜角来过渡。

为了保证梁正的截面设计能够更加地调整受力状况，弯矩可以使用调幅的方法。也就是说，分析计算时设计的调幅系数之后，再局部手算进行调幅。在这一过程当中，要考虑到构建裂缝的开展和变形、构建的刚度以及内力重分布。

框架核心筒的外墙连梁我合计

核心筒的外墙连梁纵筋超筋是经常出现的状况，很多文献里有专门的解决措施，其中计算模型的选择是重要的因素。跨高小于5时，按照连梁的考虑，也就是说连梁是属于弯深梁的范畴。在计算其截面承载力的时候，不能按照杆系来考虑。但是很多软件仍然利用杆系计算，所以偏差比较大。

按照强墙弱梁的原则来设计连梁时，虽然有具体的设计要求，但是具体要弱到什么程度，还是要根据设计者自身的理解。除了连梁外，还需要配置价差的暗撑，对剪力墙的边缘构件进行加强处理，以此来满足抗震和强墙弱梁的要求。

四、结构平面的布置

主楼结构的平面布置应该相对较规则，并且核心筒应该贯穿建筑物的全高。核心筒的宽度不应该小于筒体高度的1/12。核心筒的外墙和外框住之间的距离英爱不大于10米，这是为了抗震而设计的。但是因为层高有限制，所以梁高如果过大，会影响到设备管道通行，而且对于办公楼的外形而言，也不够美观。核心筒的外墙需要加厚，同时要增加了其外墙的受力负担，所以要采取措施，在核心筒的外墙件设置框架柱，以解决上述问题。为了抗震，楼层的设计中，核心筒的外墙不应该小于200mm，而且底部加强部位的外墙应该厚200mm。核心筒的外墙门洞上下竖向地连续布置，是为了使得其内里的变化具有持续性。

总结：

钢管混凝土的组合柱 有很好的承载力与抗变形道德能力，但是在时效性和防火、防腐性方面存在缺陷。核心筒是框架核心筒额抗侧力主要结构，所以必须保证其整体性和刚度。在强烈的地震下，框架柱的破换程度大于核心筒，所以要调整框架柱关于地震的剪力。连梁是深梁的范畴。在进行正截面的承载力计算时，不应该按照杆系模型进行计算。连梁截面的选取对于核心筒的抗弯能力和整体的刚度有非常大的影响。采取本文的设计措施，对结构进行整体的计算，以此来确保结构的各项指标符合要求。

参考文献：

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