淺談框架—核心筒結(jié)構(gòu)在超限高層設(shè)計中的應(yīng)用

盧凱亮

（廣東省建筑設(shè)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(yīng)用與推廣。在現(xiàn)代城市改建、擴(kuò)建過程中，高層建筑已經(jīng)成為我國城市建筑設(shè)計中首選技術(shù)方式。在高層建筑的設(shè)計過程中，框架-核心筒結(jié)構(gòu)是較為常用的結(jié)構(gòu)形式。通過框架-核心筒結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提高高層建筑的設(shè)計高度，實現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性、抗震性等性能目標(biāo)。為了更好的發(fā)揮框架-核心筒結(jié)構(gòu)優(yōu)勢、促進(jìn)我國城市用地使用率的提高，筆者從自身的設(shè)計經(jīng)驗出發(fā)，以相關(guān)文獻(xiàn)的收集、整理與分析為重點(diǎn)，分析和論述了框架-核心筒結(jié)構(gòu)在高層建筑的應(yīng)用要點(diǎn)等問題。

1 框架-核心筒結(jié)構(gòu)技術(shù)特點(diǎn)分析

框架-核心筒結(jié)構(gòu)是利用樓梯建筑內(nèi)的電梯井道、通風(fēng)井、公共衛(wèi)生間等構(gòu)建中央核心筒，同時采用外圍框架形成框架核心筒結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)形式有利于結(jié)構(gòu)的受力、以此提高了樓體結(jié)構(gòu)的抗震性。框架-核心筒結(jié)構(gòu)是目前國際超高層建筑中采用的主流結(jié)構(gòu)形式，而且該結(jié)構(gòu)還能夠提高樓體內(nèi)部的空間、提高空間利用率。框架-核心筒結(jié)構(gòu)的應(yīng)用利用了核心筒的抗側(cè)向剛度以提高樓體的抗震性能。框架結(jié)構(gòu)更多的承擔(dān)豎向荷載與少部分水平荷載。框架-核心筒的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢在現(xiàn)代超限高層設(shè)計中有著重要的應(yīng)用，這一結(jié)構(gòu)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(dān)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(shè)投資效益。框架-核心筒結(jié)構(gòu)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(yīng)用，是目前超高層建筑設(shè)計的主流結(jié)構(gòu)形式。

2 框架-核心筒結(jié)構(gòu)在超限高層設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 針對現(xiàn)代超限高層設(shè)計抗震性能的框架-核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計

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

在國際上框架-核心筒結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，有一部分國家認(rèn)為這一結(jié)構(gòu)不適于地震區(qū)的高層建筑應(yīng)用。在對相關(guān)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(qiáng)化核心筒強(qiáng)度，造成框架結(jié)構(gòu)與核心筒結(jié)構(gòu)間剛度分配不合理而造成框架結(jié)構(gòu)裂縫，進(jìn)而導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與抗震能力的降低，導(dǎo)致倒塌事件的發(fā)生。而日本本土這一結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，采取了嚴(yán)格的審批制度。其也是針對框架-核心筒結(jié)構(gòu)強(qiáng)震抵抗能力而出臺的政策。在我國強(qiáng)震地帶的超限高層設(shè)計中應(yīng)謹(jǐn)慎使用這一結(jié)構(gòu)。針對建筑物所在地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行框架-核心筒結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，保障建筑物的使用安全。

在我國的抗震設(shè)計中，多數(shù)地區(qū)強(qiáng)制提高抗震等級。這就造成了建筑工程投資建設(shè)中經(jīng)濟(jì)性不高的問題。而框架-核心筒結(jié)構(gòu)的應(yīng)用能夠從自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，提高工程建設(shè)的投資經(jīng)濟(jì)性。在實際的應(yīng)用中，外圍框架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)提高建筑物的抗側(cè)向剛度、有效減少混凝土墻地壓應(yīng)力。通過科學(xué)的設(shè)計以及多種方式的運(yùn)用實現(xiàn)超限高層建筑的抗震性能強(qiáng)化，保障建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與抗震性。同時利用框架-核心筒結(jié)構(gòu)優(yōu)勢提高工程建設(shè)投資經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)我國建筑行業(yè)的健康發(fā)展。

2.2 超限高層設(shè)計中風(fēng)荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析

超限高層建筑的設(shè)計中還要針對建筑物的風(fēng)荷載水平作用進(jìn)行分析、計算與論證。利用框架-核心筒混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)使結(jié)構(gòu)整體能夠在風(fēng)荷載作用下有效控制建筑物在風(fēng)荷載下的受力，減少層間位移。針對超限高層風(fēng)荷載需求進(jìn)行框架-核心筒結(jié)構(gòu)應(yīng)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(fēng)荷載作用下的側(cè)向變形、振動等分析風(fēng)壓、風(fēng)壓高度變化系數(shù)、風(fēng)荷載題型系數(shù)與風(fēng)振系數(shù)。針對框架-核心筒的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，以此實現(xiàn)超限高層抗側(cè)向變形能力的提高。在這一計算過程中還要考慮抗側(cè)向形變與抗震性能需求間的平衡，科學(xué)分配框架與核心筒的剛度、應(yīng)力，以此實現(xiàn)科學(xué)的超限高層設(shè)計。

3 以框架-核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)為指導(dǎo)進(jìn)行超限高層設(shè)計

在現(xiàn)代超限高層框架-核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)針對核心筒設(shè)計、框架設(shè)計、框架梁支撐設(shè)計、樓蓋設(shè)計、框架剪力墻等設(shè)計工作規(guī)范、要求進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計工作。在核心筒設(shè)計中首先確保核心筒應(yīng)貫通全高。而且，對于超限高層應(yīng)確保筒體寬度大于全高的1/12。同時注重剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。在設(shè)計過程中需要針對核心筒設(shè)計要求對相關(guān)設(shè)計要點(diǎn)、連梁等進(jìn)行計算與設(shè)計，確保超限高層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要注重控制結(jié)構(gòu)的周期與位移，利用墻加大量等方式增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度。針對超限高層結(jié)構(gòu)需求進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計。另外，超限高層框架-核心筒設(shè)計中還應(yīng)對框架梁支撐條件進(jìn)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(nèi)側(cè)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(shè)計工作的針對性確保超限高層結(jié)構(gòu)等穩(wěn)定性、確保超限高層框架-核心筒結(jié)構(gòu)的安全性。

除注重上述規(guī)范、要點(diǎn)與設(shè)計過程中遵循的基本原則外，超限高層設(shè)計過程中還要針對框架-核心筒結(jié)構(gòu)在超限高層應(yīng)用中樓蓋設(shè)計要求進(jìn)行設(shè)計。在樓蓋設(shè)計中應(yīng)注重核心筒外緣樓板不能開洞口、核心筒內(nèi)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及超限高層需求進(jìn)行超限高層框架-核心筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計與應(yīng)用，促進(jìn)我國城市土地利用率的提高。另外，為了保障超限高層結(jié)構(gòu)的抗震性能，結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中還需要針對抗震等級要求進(jìn)行框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算，保障超限高層結(jié)構(gòu)的抗震性能。

結(jié)論

通過上述論述可以看出，我國城市發(fā)展建設(shè)過程中超限高層的建設(shè)需要以科學(xué)設(shè)計為基礎(chǔ)。運(yùn)用框架-核心筒結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提高土地投資建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。在超限高層框架-核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，針對框架-核心筒結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及超限高層設(shè)計需求，設(shè)計單位應(yīng)遵循相關(guān)規(guī)定要求以及設(shè)計規(guī)范開展設(shè)計工作。以科學(xué)的設(shè)計確保框架-核心筒結(jié)構(gòu)在超限高層設(shè)計的應(yīng)用、確保超限高層建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與抗震性。

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