关于高层框架核心筒结构设计要点的探讨

【摘要】随着城市化进程的加快，城市人口增多，城市用地紧张，高层建筑比比皆是。虽然高层建筑可以解决建筑用地紧张的问题，但是也面临着抗震性不高等问题。框架-核心筒的抗侧力构件的承受力和抗震性比较好，被广泛应用在高层建筑中。本文以28层的高层建筑物为例，采用框架-核心筒结构进行研究框架-核心筒结构的设计总思路以及设计要点，特别是剪力墙平面外对梁端嵌固作用分析、钢管混凝土柱梁节点设计及核心筒外墙的连梁设计，从而起到对高层建筑物的整体支撑作用以及抗震的效果。

【关键词】高层建筑；框架核心筒结构；设计要点

随着我国城镇化进程的推进和社会的进步，高层建筑物越来越多，但是由于建筑行业的发展技术和所需材料有限，很多高层建筑抗震性能不大好。框架核心筒结构在高层建筑中发挥着重要的基础作用，能够保证建筑工程质量和工程安全。本文以28层的高层建筑物为例，采用框架-核心筒结构进行抗侧力结构分析，研究框架-核心筒结构的设计总思路以及设计要点，特别是剪力墙平面外对梁端嵌固作用分析、钢管混凝土柱梁节点设计及核心筒外墙的连梁设计，从而起到抗震的效果以及高层建筑物的整体稳定。

1工程概况

某高层建筑上有写字楼，下有商业附楼和地下室，共有28层，总占地面积约为9800m2，屋面结构达132m的高度，建筑总面积约为130000m2。本工程主楼的建筑平面图如下。

2 高层建筑物结构设计的总思路

2.1 筒中筒结构与框架-核心筒结构

在高层建筑过程中，一般采用双重抗侧力构件的结构形式进行抗震。这两种抗侧力结构有足够的刚度和承载力去承受地震作用，在地震期间或者是余震阶段都能起到抗震作用。双重抗侧力结构比较安全可靠，有足够的刚度和承载力，能够实现多重防护进行抗震。因此，双重抗侧力结构是比较合理的抗震结构。

框筒结构与筒中筒结构在高层建筑中应用各不同，并且它们的结构特点及对建筑物的影响也不同。框筒结构在水平或者垂直方向都能够承受力，而筒中筒承受大部分水平剪力。筒中筒结构就是一种双重抗侧力结构体系，筒中筒结构的抗侧刚度增大，其内筒缩减了楼板的跨度，结构受力合理，结构又经济。有利于合作施工。当地震发生时，筒中筒结构中的框筒和实腹筒共同抵抗侧向力。筒中筒结构的局限也比较大，筒中筒结构中较小的外框筒柱距和较高的梁截面影响了采光面积，加大了建筑立面处理难度。

框筒结构是一种抗侧力结构体系，其抗侧刚度和抗扭刚度比较好，并且框筒结构受力性能比较良好，内部空间灵活，被广泛应用在超高层建筑中。框架一核心筒结构是梁柱框架，中间是筒体，并且该结构能够在受力时实现框架承受力与柱轴力之间的变化，提高了结构整体的受力性能，进一步提高高层建筑的抗震性能。框架核心筒结构的框架比较少，其剪力和倾覆力也比较少，但柱距比较大。为了减少剪力滞后，可以加大梁的抗剪刚度，把框筒做成密柱深梁。

结合本建筑的平面图，本建筑最终采用框架-核心筒结构。由于高层建筑的特殊性，建筑的下部底端采用钢管混凝土的组合柱，楼体则采用现浇普通钢筋混凝土梁板体系，并在第28层的建筑避难层设置钢筋混凝土析架的结构加强层。本高层建筑的不同高度采用不同的结构，这也是为了保持建筑结构的抗侧力和刚度，使高层建筑更加有立体效果，并且能够满足建筑的使用需求。

2.2 结构设计超限措施

本高层建筑的刚度、承载力和结构抗侧力及结构形状、竖向立体形状都比较均匀规则，但建筑物的高度超过了限值，而其他指标在经过调整后仍未达到限值。由于本建筑物楼层较高和结构设计超限，重点抓首层及下部楼层的结构抗侧力，并设置首层高度为10m和提高首层的抗震级别，1-2层采用核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱，1-15层框架柱采用钢管混凝土组合柱。核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱，能够解决首层层高较大而剪力墙端部应力集中的问题，同时提高剪力墙的承载能力和抗变形能力。尽管钢管混凝土的防腐和防火材料不能满足建筑物的大量需求，但其承载能力和变形能力非常好，对于钢筋混凝土的时效性与造价高，可以通过钢管混凝土叠加合柱和钢管混凝土组合柱来弥补。

3 高层建筑物结构设计的要点

3.1 核心筒剪力墙平面外对梁端嵌固作用的分析

框架-核心筒结构需要部分框架梁支撑在剪力墙平面外的方向。剪力墙平面外对梁端嵌固作用的墙线风度、有效长度以及梁线刚度之比和剪力墙在本层的轴压力都会影响剪力墙平面外对梁端嵌固作用。由于计算机考虑的局限性，在分析墙平面外刚度时高估了墙平面外对梁端的嵌固作用，这就需要建筑施工单位对高层建筑物框架核心筒采取调整措施，通过梁端增加水平腋的方法直接增加墙平面外对梁端嵌固作用有效长度，框架-核心筒结构的周边柱间必须设置框架梁来增加平面外对梁端嵌固的局部刚度，墙边框梁宽出墙厚处用斜角过渡，并同时保持墙边框梁截面宽度应大于0.4倍梁纵筋锚固长度，而墙边框架梁截面高度也应大于楼面截面高度，从而保证梁端剪力通过墙边框梁均匀传递到墙上。

框架-核心筒的调整措施能够保证梁正截面设计增加实际的受力情况。梁端弯矩计算时要采用“调幅再调幅”，结合结构构件的刚度、裂缝、变形以及内力重分布等，对建筑物的建筑需求进行调幅。剪力墙平面外对梁端嵌固作用在框架核心筒结构设计中非常重要，对剪力墙的影响因素进行分析，强化框架核心筒结构的抗侧力与稳定性，从而保证剪力墙的保障作用。

3.2 钢管混凝土组合柱的梁柱节点设计

混凝土被广泛应用在建筑工程中，不管是框架柱还是框架梁都使用混凝土，而钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁的连接节点是建筑工程的难点。一般的钢筋混凝土梁的连接节点有环梁法、钢牛腿法、双梁法及纯钢筋混凝土节点法等，本建筑采用在钢管上开穿钢筋小孔的连接节点。

钢管开小孔连接节点有着很多优势。这种连接点方法对钢管截面影响不大，钢管对钢管中混凝土的约束力没有变化，并且也不影响钢管混凝土柱的承载能力和变形能力。直接穿过钢管的梁钢筋能够传递内力，并且保持梁长范围内的刚度不变。钢管上开的小孔连接点在设置竖向短加劲肋补强和水平加强环后保持连续，不会对节点的刚性产生影响，能够满足“强节点弱构件”的要求。这种在钢管上开小孔的连接点方法施工简单，穿过的钢筋不受限制，圆弧梁钢筋也可以顺利穿过。在钢管上开的小孔连接点补强所用的材料比较少，并且造价比较低廉，而钢管开大洞法和钢牛腿法则需要用更多的材料。

3.3 连梁设计

高层结构中连梁超筋现象比较普遍。对核心筒外墙的连梁纵筋计算超筋现象我们可以采取以下措施：基于工程的实际情况，在设计高层结构的整体计算时折减连梁刚度，注意连梁的延性，使梁设计符合“强墙弱梁”和“强剪弱弯”的原则要求。减少连梁截面高度和降低连梁截面刚度也可以起到处理连梁超筋的作用。另外，还可以调幅连梁弯矩和剪力。更或者大震情况下连梁不参与结构设计，多震情况下独立墙肢进行结构内力分析。为满足“多道抗震防线”和“强墙弱梁”的要求，本建筑的核心筒外墙的连梁配置了交叉暗撑，还加强处理了非底部加强部位剪力墙的边缘构件，从而增强抗震性。

4 结束语

高层建筑框架-核心筒结构设计的核心就是其抗侧力结构，只有框架-核心筒结构稳定了，依托框架-核心筒结构建成的高层建筑的质量、立体效果与抗震性才能得到保证。框架-核心筒结构是高层建筑结构设计的重要组成部分，而框架-核心筒结构对混凝土的需求比较大，是其抗侧力结构的主要单元，钢管混凝土组合柱和混凝土钢筋梁减少了建筑施工难度，增加梁的承受力，缩减建筑成本，增强建筑物的抗震性。研究主要的抗侧力结构――框架-核心筒结构对高层建筑的整体性和质量有着重要的意义。

参考文献：

[1]赵锈良.高层核心筒结构设计要点探讨[J].建筑知识：学术刊，2013，（4）：72-73.

[2]李秀英，王树宏，杨广东.探析高层建筑框架核心筒结构设计[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（19）.

[3]苏子阳.试探高层建筑框架核心筒结构设计[J].城市建设理论研究（电子版），2014，（28）.

[4]王婷.浅谈高层建筑框架-核心筒结构设计的体会[J].能源技术与管理，2014，39（6）.