框架核心筒的设计特点及应用

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一、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筒结构。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。受力特点类似于框架-剪力墙。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。 
　　二、框架-核心筒结构设计要点 
　　 （一）核心筒的设计 
　　1、核心筒宜贯通全高。筒体高度≥全高的1/12时，位移基本能满足规定。当有其他剪力墙时，筒体宽度可以更小些。 
　　2、筒体角部不宜开洞，不可避免时，筒角内壁至洞中距离≥500mm和墙厚度。 
　　3、简体外墙厚度≥层高的1/20及200mm，一、二级抗震时≥层高的1/16及200mm。 
　　4、核心筒的连梁宜配制交叉暗撑或交叉钢筋，提高连梁延性。 
　　 （二）框架的设计 
　　为控制结构的周期和位移．在核心筒截面基本确定的情况下，墙加大粱，可有效增加结构的抗侧刚度。但当柱与核心筒相距较远时，要综合考虑粱高与楼层净空的关系。 
　　柱截面尺寸的变化与核心筒墙厚的变化错开。 
　　采用型钢砼柱时，可有效控制柱的截面尺寸。 
　　 （三）框架-核心筒的平面布置 
　　1、核心筒宜贯通建筑物全高。核心筒的宽度不宜小于筒体总高的1/12，当简体结构设置角筒、剪力墙或增强结构整体刚度的构件时，核心筒的宽度可适当减小。 
　　2、核心筒的周边宜闭合，楼梯、电梯间应布置混凝土内墙；核心筒应具有良好的整体性。 
　　3、核心筒外墙的截面厚度不应小于层高的1/20及200mm，对一、二级抗震设计的底部加强部位不宜小于高层高的1/16及200mm。不满足时，应按本规程计算墙体稳定，必要时可增设扶壁柱或扶壁墙；在满足承载力要求以及轴压比限值时，核心筒内墙可适当减薄，但不应小于160mm。 
　　4、核心筒外墙较大的门洞宜上下竖向连续布置，以使其内力变化保持连续性。 
　　 （四）核心筒外墙的连梁设计 
　　核心筒外墙的连梁纵筋计算超筋有时是不可避免的。《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时按连粱考虑，即连梁属于深弯粱和深梁的范畴。其正截面承载力计算时，巳不能按杆系考虑。剪力墙连梁可配置交叉暗撑，作为连系各墙肢单元共同抵抗水平力的重要构件，剪力墙连梁交叉暗撑的设置对于保证连粱“强剪弱弯”性能和改善结构延性有着重要作用。对非底部加强部位剪力墙的边缘构件也进行了加强处理，以满足“多道抗震防线”和“强墙弱梁”的要求。 
　　 （五）框架核心筒的构造要求 
　　 1、筒体墙的加强部位、边缘构件的设置以及配筋设计，应符合《高规》的有关规定。抗震设计时，框架一核心筒结构的核心筒和筒中筒结构的内筒，应按《高规》规定设置约束边缘构件或构造边缘构件，其底部加强部位在重力荷载作用下的墙体轴压比不宜超过《高规》规定。 
　　2、简体结构的楼盖外角宜设置双层双向钢筋，单层单向配筋率不宜小于0.3％，钢筋的直径不应小于8mm，间距不应大于150 m，配筋范围不宜小于外框架(或外筒)至内筒外墙中距的1/3和3m。 
　　三、框架核心筒结构设计中应注意的问题 
　　1、抗震验算时不同的楼盖及布置(整体性)决定了采用刚性、刚柔、柔性理论计算。抗震验算时应特别注意场地土类别。8度超过5层有条件时，尽量加剪力墙，可大大改善结构的抗震性能。框架结构应设计成双向梁柱刚接体系，但也允许部分的框架梁搭在另一框架梁上。应加强垂直地震作用的设计，从震害分析，规范给出的垂直地震作用明显不足。 
　　2、框架结构中的电梯井壁宜采用粘上砖砌筑。但不能采用砖墙承重，应采用每层的梁承托每层的墙体重量。梯井四角加构造柱，层高较高时宜在门洞上方位置加圈梁。因楼电梯问位置较偏，梯井采用混凝土墙时刚度很大，其它地方不加剪力墙，对梯井和整体结构都十分不利。 
　　3、当建筑布局很不规则时，结构设计应根据建筑布局做出合理的结构布置，并采取相应的构造措施。如建筑方案为两端较大体量的建筑中间用很小的结构相连时(哑铃状)，此时中间很小的结构的板应按偏拉和偏压考虑。板厚应加厚，并双层配筋。 
　　四、框架核心筒结构在超高层建筑中的应用 
　　 （一）框架核心筒结构针对超高层建筑的抗震性能设计 
　　超高层框架-核心筒结构中的核心筒结构承担着水平测力抵抗的功能，框架结构承担着竖向荷载与少量水平荷载。在进行超高层设计过程中，需要考虑核心筒结构与框架结构的不同功能。通过注重铰接节点使核心筒与框架结构间的抗侧力刚度比得到合理分配。避免受力分配不均影响整地抗侧向刚度，提高楼体的抗震性能。在这一设计过程中需要特别注意核心筒刚度与框架结构刚度分配的比例，避免核心筒刚度过度增强导致强震情况下混凝土墙体的开裂。通过科学分配刚度以及相关的计算提高超高层设计的抗震性能。 
　　框架-核心筒结构的应用能够从自身结构特点出发，提高工程建设的投资经济性。在实际的应用中，外围框架结构多采用钢架柱密柱方案，以钢筋混凝土核心筒及钢框架密柱筒中筒结构提高建筑物的抗侧向刚度、有效减少混凝土墙地压应力。通过科学的设计以及多种方式的运用实现超高层建筑的抗震性能强化，保障建筑物的结构稳定性与抗震性。同时利用框架-核心筒结构优势提高工程建设投资经济性，促进我国建筑行业的健康发展。 
　　 （二）超高层设计中风荷载与结构设计的分析 
　　超高层建筑的设计中还要针对建筑物的风荷载水平作用进行分析、计算与论证。利用框架-核心筒混凝土剪力墙结构使结构整体能够在风荷载作用下有效控制建筑物在风荷载下的受力，减少层间位移。针对超限高层风荷载需求进行框架-核心筒结构应力计算，以此保障超限高层建筑物的稳定性。针对超限高层在风荷载作用下的侧向变形、振动等分析风压、风压高度变化系数、风荷载题型系数与风振系数。针对框架-核心筒的结构进行计算，以此实现超限高层抗侧向变形能力的提高。在这一计算过程中还要考虑抗侧向形变与抗震性能需求间的平衡，科学分配框架与核心筒的刚度、应力，以此实现科学的超高层设计。 
　　结语 
　　综上，框架-核心筒结构在高层建筑中有着良好的抗震性能，设计单位应遵循相关规定要求以及设计规范开展设计工作。以科学的设计确保框架-核心筒结构在超高层设计的应用、确保超高层建筑的结构稳定性与抗震性。