淺談框架—核心筒結構在超限高層設計中的應用

盧凱亮

（廣東省建筑設計研究院，廣東 廣州 510630）

現(xiàn)代城市用地的緊張加快了高層建筑的應用與推廣。在現(xiàn)代城市改建、擴建過程中，高層建筑已經成為我國城市建筑設計中首選技術方式。在高層建筑的設計過程中，框架-核心筒結構是較為常用的結構形式。通過框架-核心筒結構的應用提高高層建筑的設計高度，實現(xiàn)高層建筑結構穩(wěn)定性、安全性、抗震性等性能目標。為了更好的發(fā)揮框架-核心筒結構優(yōu)勢、促進我國城市用地使用率的提高，筆者從自身的設計經驗出發(fā)，以相關文獻的收集、整理與分析為重點，分析和論述了框架-核心筒結構在高層建筑的應用要點等問題。

1 框架-核心筒結構技術特點分析

框架-核心筒結構是利用樓梯建筑內的電梯井道、通風井、公共衛(wèi)生間等構建中央核心筒，同時采用外圍框架形成框架核心筒結構。這一結構形式有利于結構的受力、以此提高了樓體結構的抗震性?？蚣?核心筒結構是目前國際超高層建筑中采用的主流結構形式，而且該結構還能夠提高樓體內部的空間、提高空間利用率?？蚣?核心筒結構的應用利用了核心筒的抗側向剛度以提高樓體的抗震性能。框架結構更多的承擔豎向荷載與少部分水平荷載。框架-核心筒的結構優(yōu)勢在現(xiàn)代超限高層設計中有著重要的應用，這一結構能夠利用自身優(yōu)勢在樓層增加的過程中減少框架水平荷載的承擔比重，實現(xiàn)建筑使用面積的增加，提高城市土地利用率、提高建筑工程建設投資效益?？蚣?核心筒結構的優(yōu)勢使得其在現(xiàn)代超限高層建筑中有著極為重要的應用，是目前超高層建筑設計的主流結構形式。

2 框架-核心筒結構在超限高層設計中的應用

2.1 針對現(xiàn)代超限高層設計抗震性能的框架-核心筒結構設計

超限高層框架-核心筒結構中的核心筒結構承擔著水平測力抵抗的功能，框架結構承擔著豎向荷載與少量水平荷載。在進行超限高層設計過程中，需要考慮核心筒結構與框架結構的不同功能。通過注重鉸接節(jié)點使核心筒與框架結構間的抗側力剛度比得到合理分配。避免受力分配不均影響整地抗側向剛度，提高樓體的抗震性能。在這一設計過程中需要特別注意核心筒剛度與框架結構剛度分配的比例，避免核心筒剛度過度增強導致強震情況下混凝土墻體的開裂。通過科學分配剛度以及相關的計算提高超限高層設計的抗震性能。

在國際上框架-核心筒結構應用中，有一部分國家認為這一結構不適于地震區(qū)的高層建筑應用。在對相關資料的收集與整理中可以看出，地震中倒塌建筑多是過度強化核心筒強度，造成框架結構與核心筒結構間剛度分配不合理而造成框架結構裂縫，進而導致框架結構穩(wěn)定性與抗震能力的降低，導致倒塌事件的發(fā)生。而日本本土這一結構應用中，采取了嚴格的審批制度。其也是針對框架-核心筒結構強震抵抗能力而出臺的政策。在我國強震地帶的超限高層設計中應謹慎使用這一結構。針對建筑物所在地的地質結構進行框架-核心筒結構的應用，保障建筑物的使用安全。

在我國的抗震設計中，多數地區(qū)強制提高抗震等級。這就造成了建筑工程投資建設中經濟性不高的問題。而框架-核心筒結構的應用能夠從自身結構特點出發(fā)，提高工程建設的投資經濟性。在實際的應用中，外圍框架結構多采用鋼架柱密柱方案，以鋼筋混凝土核心筒及鋼框架密柱筒中筒結構提高建筑物的抗側向剛度、有效減少混凝土墻地壓應力。通過科學的設計以及多種方式的運用實現(xiàn)超限高層建筑的抗震性能強化，保障建筑物的結構穩(wěn)定性與抗震性。同時利用框架-核心筒結構優(yōu)勢提高工程建設投資經濟性，促進我國建筑行業(yè)的健康發(fā)展。

2.2 超限高層設計中風荷載與結構設計的分析

超限高層建筑的設計中還要針對建筑物的風荷載水平作用進行分析、計算與論證。利用框架-核心筒混凝土剪力墻結構使結構整體能夠在風荷載作用下有效控制建筑物在風荷載下的受力，減少層間位移。針對超限高層風荷載需求進行框架-核心筒結構應力計算，以此保障超限高層建筑物的穩(wěn)定性。針對超限高層在風荷載作用下的側向變形、振動等分析風壓、風壓高度變化系數、風荷載題型系數與風振系數。針對框架-核心筒的結構進行計算，以此實現(xiàn)超限高層抗側向變形能力的提高。在這一計算過程中還要考慮抗側向形變與抗震性能需求間的平衡，科學分配框架與核心筒的剛度、應力，以此實現(xiàn)科學的超限高層設計。

3 以框架-核心筒結構設計要點為指導進行超限高層設計

在現(xiàn)代超限高層框架-核心筒結構設計中，設計人員應針對核心筒設計、框架設計、框架梁支撐設計、樓蓋設計、框架剪力墻等設計工作規(guī)范、要求進行相應的設計工作。在核心筒設計中首先確保核心筒應貫通全高。而且，對于超限高層應確保筒體寬度大于全高的1/12。同時注重剪力墻結構的應用。在設計過程中需要針對核心筒設計要求對相關設計要點、連梁等進行計算與設計，確保超限高層的結構穩(wěn)定性。在框架結構設計中需要注重控制結構的周期與位移，利用墻加大量等方式增強結構抗側剛度。針對超限高層結構需求進行框架結構設計。另外，超限高層框架-核心筒設計中還應對框架梁支撐條件進行確定。沿梁軸線方向有墻時剛接。核心筒外墻厚度大于0.4Lae（且內側樓板不開洞，剛接。梁支撐處有柱，剛接。不滿足以上條件的梁，鉸接。通過設計工作的針對性確保超限高層結構等穩(wěn)定性、確保超限高層框架-核心筒結構的安全性。

除注重上述規(guī)范、要點與設計過程中遵循的基本原則外，超限高層設計過程中還要針對框架-核心筒結構在超限高層應用中樓蓋設計要求進行設計。在樓蓋設計中應注重核心筒外緣樓板不能開洞口、核心筒內部樓板，厚度≥120mm，雙層雙向配筋。樓面梁不宜支承在核心筒外圍的連梁上。通過針對框架-核心筒結構特點以及超限高層需求進行超限高層框架-核心筒結構的設計與應用，促進我國城市土地利用率的提高。另外，為了保障超限高層結構的抗震性能，結構設計過程中還需要針對抗震等級要求進行框架剪力墻結構設計與計算，保障超限高層結構的抗震性能。

結論

通過上述論述可以看出，我國城市發(fā)展建設過程中超限高層的建設需要以科學設計為基礎。運用框架-核心筒結構的應用提高土地投資建設的經濟性。在超限高層框架-核心筒結構設計過程中，針對框架-核心筒結構特點以及超限高層設計需求，設計單位應遵循相關規(guī)定要求以及設計規(guī)范開展設計工作。以科學的設計確保框架-核心筒結構在超限高層設計的應用、確保超限高層建筑的結構穩(wěn)定性與抗震性。

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