浅析高层建筑框架-核心筒结构设计的设计心得

浅析高层建筑框架-核心筒结构设计的设计心得

发表时间：2018-06-19T16:36:12.483Z 来源：《基层建设》2018年第10期作者：张建

[导读] 摘要：随着建筑形式的多元化发展，对建筑功能要求越来越多。

身份证号码：13068119880503xxxx 河北省涿州市 072750

摘要：随着建筑形式的多元化发展，对建筑功能要求越来越多。在高层结构中需要考虑采取刚度大、用钢量小的结构体系。框架核心筒结构在建筑设计中具有较大的优势，基于此，框架核心筒结构在现代建筑结构中得到广泛应用。高层建筑结构设计中，核心筒的结构设计对整个建筑的施工质量都有着重要的影响，我们要根据建筑的类型对核心筒结构进行设计。文章介绍了框架核心筒结构建筑特点，分析了框架核心筒结构设计布置注意方向，最后提出了框架核心筒结构设计要点，以供参考。

关键词：框架核心筒结构；建筑结构设计；应用

引言

在进行相关的高层的建筑结构设计中，业主方以及设计方往往比较会重视采用什么样的结构体系。这是因为所采用的结构体系，会对建筑结构的经济合理性有直接的影响。而我国的高层建筑一般会采用高层框架--核心筒结构。而选用高层框架--核心筒结构体系中的核心筒是结构抗风和抗震的主要的抗侧力构件。而其采用钢筋混凝土的材料，因为混凝土的刚度比较大，所以它的耐火性能是比较高的，并且使得相关的造价比较低。除此之外，也使得相关的后期维护的费用也比较低。由此，可见在高层建筑中，选择采用高层框架--核心筒结构施工技术的优越性。框架核心筒结构在高层建筑设计及施工中的运用频率较高，在具体的结构设计中应抓住该结构的特点。以下本文将对框架核心筒结构在建筑结构设计中的应用展开深入的探究。

1 框架核心筒结构建筑特点

框架核心筒结构的受力性能与筒中筒结构差异较大，与框架剪力墙结构更为接近，可以看做是框架剪力墙结构中剪力墙集中在平面中部围合成筒状布置的特例。核心筒的实腹剪力墙具有很大的抗侧刚度和抗水平推力的能力，作为高层结构主要的抗水平力构件，随着建筑高度的增加，核心筒承担的水平荷载作用越大。外围框架结构主要承担竖向荷载作用和少部分水平荷载作用，抗侧刚度与核心筒相比很小，无法与内部核心筒整截面协同工作，结构相对较柔，顶点及层间位移变大，且其翼缘框架柱数量少轴力小。由于框架核心筒平面布置上的特殊性，在地震作用下，当核心筒的少数墙体发生破坏时，少部分的地震力会转移到附近外围的框架结构上，大部分则会直接转移作用到核心筒内未被破坏的刚度较大的墙体上，造成附近墙肢承受的地震力大于设计值而相继破坏，因此结构的安全性能直接取决于核心筒在地震下的破坏程度。

2 框架核心筒结构设计布置注意方向

（1）框架布置形式多样，可以是方形、长方形、圆形或其他形状；结构布置尽可能规则，平面刚度布置宜均匀、对称，以减小扭转影响。质量分布均匀，内筒尽可能居中。（2）在钢筋混凝土框架－核心筒结构中，外框架构件截面不宜过小，框架承担的剪力和弯矩需要按规范和规程的要求调整增大。在混合结构中，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；如果采用外钢框架，其总高度不宜太大。（3）在纵横墙相交的地方设置钢骨，在楼板标高设置钢骨暗梁，可形成小钢框架以提高核心筒的承载力和抗震性能。（4）核心筒与外柱之间距离以 10～12 m 为宜，如果距离很大，则需要另设内柱或采用预应力混凝土楼盖，否则导致楼层梁太大，不利于减小层高。（5）一般要布置楼板大梁，在楼盖布置中，需要注意使竖向荷柱拉力大于重力荷载集中传递到大柱子上去，避免柱子出现拉力（水平荷载作用下压力）。

3 框架核心筒结构设计要点

3.1核心筒构造要求

（1）核心筒宜贯通建筑物全高，核心筒的宽度不宜小于简体总高的 1/12，当筒体结构设置角筒、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 1/10 及200mm，对一、二级抗震设计的底部加强部位不宜小于层高的1/16 及 200mm，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（仅对抗震设计）时，核心筒内墙可适当减薄，但不应小于 160mm。又因为有框架梁支承在核心筒上，核心筒的外墙厚度宜大于 0.4LaE（梁纵向受力钢筋抗震锚固长度），工程中框架梁钢筋最大为 25mm 抗震等级为一级，工程核心筒外墙的截面厚度为 400mm。（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。（5）筒体墙的加强部位、边缘构件的设置以及配筋设计，应符合《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010》（下文均简称为《高规》）第7章的有关规定。抗震设计时，框架-核心筒结构的核心筒，应按《高规》第 7.2.15～ 7.2.17 条的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》第 7.2.14 的规定。

3.2核心筒剪力墙平面外对梁端嵌固设计

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。剪力墙平面外的等效剪切刚度、梁的线刚度以及剪力墙在本层的轴压比等都会影响剪力墙平面外对梁端的嵌固作用。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，这就需要结构设计人对高层建筑物框架核心筒的梁墙平面外节点采取调整措施，可以通过梁端增加水平腋的方法来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，内筒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，而墙边框梁截面高度也应大于楼面梁截面高度，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还应保证能够准确反映梁端正截面实际弯矩增加的情况。梁端弯矩计算时应结合结构构件的刚度、裂缝、变形以及内力重分布等因素，采用“调幅再调幅”的方法，对梁在内筒外墙处的弯矩进行调幅。剪力墙平面外对梁端的嵌固作用在框架核心筒结构设计中非常重要，结构设计者应对剪力墙对梁端约束的影响因素进行综合比较分析，强化框架核心筒结构的抗侧力与整体稳定性。

3.3连梁设计

钢筋混凝土框筒结构中，连梁一般具有跨高比小、刚度大、受力复杂等特点，且其两端所连接的筒体墙刚度均较大。故水平力作用下，连梁受力较大，往往出现设计困难的情况。在结构设计中，连梁被视为耗能构件，故为了保证结构体系具有良好的抗震性能，连梁应具有一定的延性和足够的耗能能力来抵抗地震作用。连梁在水平力作用下的破坏形态很大一部分与连梁的跨高比有关。跨高比越大，弯曲