框架-核心筒结构双重抗震防线研究综述

安东亚 周德源 李亚明

(1. 同济大学结构工程与防灾研究所,上海 200092； 2. 华东建筑设计研究院有限公司,上海 200041；

3. 上海建筑设计研究院有限公司,上海 200041)

框架-核心筒结构双重抗震防线研究综述

安东亚1,2,*周德源1李亚明3

(1. 同济大学结构工程与防灾研究所,上海 200092； 2. 华东建筑设计研究院有限公司,上海 200041；

3. 上海建筑设计研究院有限公司,上海 200041)

为保证框架-核心筒结构双重抗震防线的安全，中国规范对外框架按照刚度分担的剪力比例进行了限制，实际设计过程中，很多工程很难满足规范限值要求。对该体系双重抗震防线的相关研究进行了梳理总结，分别从震害、振动台试验和数值分析角度进行了阐述，指明不同研究方法在该问题上存在的不足和局限性。讨论了当前研究中存在的问题和对执行规范过程中的不同理解；从基于性能抗震设计的角度，提出双重抗震防线应达到的合理目标，并对今后应开展的研究和主要焦点进行了展望。

框架-核心筒, 二道防线, 性能设计, 剪力分担比

1 引 言

框架-核心筒结构体系是目前高层建筑最常用的一种双重抗侧力结构形式，该体系由框架和核心筒两个系统组成，并由它们协同工作来抵抗外力作用。为确保大震下多道防线，不少国家的抗震规范做出框架部分承担剪力的量化规定。美国International Building Code 2000[1]中提出，框架-核心筒(框架-剪力墙) 结构在地震作用下，当框架部分的设计层剪力不小于该层总剪力的25% 时作为双重抗侧力体系。我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)[2]规定:“钢框架-钢筋混凝土筒体结构各层框架柱所承担的地震剪力不应小于结构底部总剪力的 25%和框架部分地震剪力最大值的1.8倍二者的较小值。” 《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)[3]第6.7.1条规定：框架-核心筒结构中，除加强层及其相邻上下层外，按框架-核心筒计算分析的框架部分各层地震剪力的最大值不宜小于结构底部总地震剪力的10%。而实际设计当中大部分超高层框架-核心筒结构很难满足该规定，很多工程中框架承担的地震剪力仅为结构总剪力的4%～5%，与规范要求有较大差距，但是为了满足规范要求，必须不断加大构件截面尺寸，不仅使设计不合理，并且付出很大的经济成本。如何通过合理设计确保框架-核心筒结构双重防线在地震中的预期性能，成为当前业界讨论的热点。本文从震害、振动台试验、数值分析等角度，对框架-核心筒结构双重防线的相关研究进行综述和分析，并提出存在的主要问题和今后的研究方向。

2 双重抗震防线的研究概况

关于框架-核心筒结构在水平力作用下弹性阶段协同受力的基本规律特征，在相关的教科书上已经有简化的理论计算方法[4-5]，一般借助框架-剪力墙协同受力的分析方法，采用连续化的思想进行研究，将一个方向的框架合并成总框架，该方向的墙体合并成总剪力墙，连梁合并成总连梁，最终给出在特定侧向力模式下框架和剪力墙的刚度比例和剪力分配规律。这些研究成果对于框架-核心筒结构抗震防线及破坏机制的研究具有最为基础的指导意义。另外，从已发表的文献资料来看，主要是基于震害、振动台模型试验以及数值分析的研究，下面从这几个角度进行总结。

2.1 基于震害的研究

对实际地震中建筑物震害的研究是建筑结构抗震研究的最直接途径。国内外学者十分重视对实际结构震害的调查研究，目前已经积累了一定的震害原始资料，其中就包括框架-核心筒结构的震害研究。

徐培福等[6]对1964年3月27日发生在美国阿拉斯加的强烈地震震害情况进行了简要介绍。部分高层混合结构出现破坏，其中Hill Building为8层办公楼。该建筑中央设置了一个钢筋棍凝土筒，外框架采用钢框架。设计时框架只承受竖向荷载，核心筒承担全部水平荷载。钢梁与钢柱间采用高强或普通螺栓的铰连接。地震中少数螺栓剪坏，大部分节点和钢构件保持完好。钢筋混凝土筒体刚度较大，承担了主要的地震作用。核心筒因底部混凝土破坏，一角下沉13 mm，另一角下沉8 mm。底层核心筒剪力墙开裂，筒体连梁各层都产生破坏。

傅学怡[7]对台湾921集集地震、331花莲地震、日本阪神地震、美国阿拉斯加地震震害进行调查研究，发现整浇钢筋混凝土多、高层建筑结构在大震作用下破坏受损乃至倒塌的主要表现是柱、墙的脆性剪切破坏或压屈破坏, 严重者裂缝贯穿, 墙柱折断、压屈、房屋倒塌, 而与此同时, 整浇钢筋混凝土楼盖的框架梁未见正截面裂缝、钢筋屈服, 未形成塑性铰, 仅有未配置箍筋或箍筋极少的个别连梁及梁柱节点出现脆性剪切斜裂缝破坏。梁兴文等[8]对汶川地震中的高层结构震害进行了调查，发现远震区高层建筑比多层建筑的震害严重。高层建筑的震害主要表现为砌体填充墙和隔墙普遍出现裂缝；房屋顶部附近防震缝两侧的装饰材料震损，部分混凝土构件被撞坏；楼梯间的填充墙普遍开裂等。主体结构中的混凝土梁、柱和剪力墙等承重构件一般没有可见裂缝，部分剪力墙洞口连梁及框架-剪力墙结构中的连梁出现剪切斜裂缝或弯曲裂缝。周颖和吕西林[9]以智利高层建筑结构体系特点入手，分别研究了智利地震中钢筋混凝土剪力墙高层建筑、立面收进复杂高层建筑、连体复杂高层建筑、带消能减震支撑超高层建筑、带金属球颗粒阻尼器高层建筑的震害现象。钢筋混凝土高层结构的普遍震害现象主要表现为剪力墙混凝土受压破坏和剪力墙钢筋的外鼓屈曲与拉断破坏两种。研究表明: 智利高层结构剪力墙厚度与中低层结构剪力墙厚度相近[10]，造成剪力墙轴压比过大，在此次地震中发生严重破坏；智利国家规范在钢筋混凝土剪力墙设计中参考美国规范ACI 318[11]，但允许对边缘约束构件设计予以放松，是造成剪力墙破坏的另一原因。

目前国内已有的震害资料多为不发达地区的低矮房屋结构，然而，由于我国近年来对高层建筑造型的需求，复杂超限高层结构层出不穷，且普遍未经历过大地震考验，因此在典型高层、超高层结构震害资料的积累上非常匮乏，特别是对高度较高的框架-核心筒结构的抗震防线研究还不能形成有力的支撑。

2.2 基于振动台试验的研究

在缺乏充分的震害资料的情况下，振动台模型试验成为研究高层、超高层结构抗震问题的重要手段。

为研究钢-混凝土混合结构的共同受力特征，龚炳年等[12-13]对一个23层钢-混凝土混合结构1/20模型进行了动力特性试验和六点单调加载弹性阶段试验及二点、一点反复加载弹塑性性能试验。试验结果表明,即使在模型加载后期，钢筋混凝土芯筒与钢框架之间仍保持共同工作,钢框架给钢筋混凝土芯筒提供了附加的保护。为保证钢-混凝土混合结构的整体工作, 钢梁与钢筋混凝土墙体的有效连接是至关重要的,应采取可靠措施, 确保在强震作用下, 梁与墙之间亦有可靠连接。

李国强等[14]对一典型的高层建筑钢-混凝土混合结构缩尺模型进行了模拟地震振动台试验研究，进行了6度、8度、9度不同强度水平的地震力试验，比较全面地揭示了该结构体系的整体破坏模式。结果显示，结构破坏主要集中于混凝土芯筒，表现为底层芯筒混凝土受压破坏，暗柱和角柱纵筋压屈，而钢框架处于弹性阶段，没有明显的破坏现象。结构整体破坏属于弯曲型。

储德文等[15]通过一个振动台试验研究了钢框架-混凝土筒体混合结构抗震性能和地震剪力在钢框架和混凝土筒体之间的分配比例。振动台试验表明, 该结构体系的破坏集中于混凝土筒体, 钢框架没有出现明显的破坏现象, 结构整体的延性较好，而混凝土筒体结构承担了绝大部分的地震剪力。

徐培福等[16]进行了一个30 层型钢混凝土框架-核心筒结构模型的拟静力试验。试验发现: 型钢混凝土框架与核心筒的协同作用, 使整体结构有较高的承载力, 也具有一定的延性, 抗震性能较好；结构未发生层剪切破坏,最终破坏模式是在倾覆力矩作用下底部核心筒受拉墙肢及受拉侧外框柱拉断。

同济大学土木工程防灾国家重点实验室近些年完成了一大批不同结构体系的复杂高层结构模型振动台试验，为复杂结构的抗震研究积累了丰富的试验资料。

龚治国等[17]以上海世茂国际广场为对象，进行了一个模型比例为1/35的振动台模型试验。试验原形结构为巨形型钢混凝土柱框架+混凝土芯筒结构体系，框架梁采用型钢梁。塔楼结构共60层，总高度333.0 m。模型破坏特征为: 7度多遇地震作用下，模型表面未发现明显裂缝，自振频率略有下降，模型基本处于弹性状态；7度基本烈度作用下，塔楼9～13层外框架角柱根部、裙房出屋面机房柱根部等局部出现可见裂缝，塔楼与裙房、广场之间的连杆破坏；7度罕遇地震作用下结构破坏比较明显，塔楼9～13层外框架柱柱端部裂缝继续开展，裙房3～7层框架柱端部或者中部出现明显裂缝，部分位置混凝土压碎、剥落，裂缝贯穿，塔楼与裙房、广场之间连杆全部拉断或压曲，失去连接作用。

邹昀[18]在其博士研究期间，对上海环球金融中心结构进行了振动台模型试验，模型比例为1/50。试验结果显示:在7度多遇地震后，结构未出现裂缝；7度基本烈度地震试验结束后结构发生微小裂缝，基本处于弹性工作阶段；在7度罕遇地震试验阶段各地震波输入下，模型表面还未发现明显的破坏现象，模型结构的自振频率继续下降；8度罕遇(超烈度)地震试验后，部分楼层巨型柱出现混凝土被大片压碎，角部部分脱落，柱内纵筋外鼓。

吕西林等[19]对一个钢管混凝土框架-核心筒结构进行振动台模型试验，结构原型高264 m，模型缩尺比例为1/30，分析了模型结构在8度多遇地震、基本地震、罕遇地震和9度罕遇地震作用下的动力特性，对模型结构和原型结构的破坏模式、层间位移、楼层剪力等动力反应进行研究。原型结构能够满足我国现行规范“小震不坏、大震不倒”的抗震设防标准。8度罕遇地震作用结束后，结构刚度仍无明显衰减，即使在9度罕遇特大地震作用下，仍然表现出优良的抗震性能。

周颖等[20]通过一个模型比例为1/15的20层钢框架-混凝土核心筒混合结构的缩尺模型试验，研究了该结构体系在不同地震水平下的破坏模式，结果显示结构破坏主要发生在核心筒的连梁端部以及外钢框架和核心筒连接节点处，外钢框架没有发生明显的破坏，基本处于弹性阶段，核心筒发挥了主要抗侧力构件的作用，连梁表现出了很好的耗能作用，节点的破坏表明外钢框架与核心筒具有协同工作的性能，此外结构的动力反应及破坏模式也证明了该结构形式具有良好的延性和变形能力。

尽管振动台模型试验是研究结构抗震性能的重要手段，但对于超高层框架-核心筒结构剪力分配问题的研究仍存在较大局限性，这主要是由于振动台模型试验较难给出外框架与核心筒实际分担的剪力数值及比例。尽管如此，试验给出的基本破坏模式和规律仍对该问题的研究具有重要价值。通过对框架-核心筒结构振动台试验的破坏模式进行总结，可发现，在预期罕遇地震作用下，结构的破坏首先并主要发生在核心筒当中，外框架破坏相对较轻，甚至保持在弹性范围(尤其在外框采用钢框架的时候)。

2.3 基于数值分析的研究

由于震害资料的不足以及振动台试验的局限性，在对框架-核心筒结构协同受力以及剪力分配的研究方面，数值分析方法特别是弹塑性分析方法是更好的定量化研究手段。

钱稼茹等[21]对20个钢框架混凝土核心筒结构模型进行了静力推覆分析，总结了混合结构受力全过程、变形能力及影响因素，框架剪力沿高度分布的规律，得到了框架剪力最大层的位置。其中非常重要的一个结论为：随着弹塑性的发展，框架分担的剪力增加，曲线向外鼓出的程度逐渐减小；极限状态时，框架的剪力基本程直线分布。根据推覆分析结果，提出了如下设计建议[22]:8度抗震设防时钢框架混凝土核心筒结构的刚度特征值大于0.65，各层框架的设计地震剪力标准值不小于本层总剪力的18%和不小于框架-核心筒结构计算得到的地震剪力的1.2倍(加强层和顶层的剪力可不小于框架-核心筒结构计算得到的地震剪力)，框架角柱轴压比不大于0.5。通过算例表明符合建议的钢框架-混凝土核心筒结构，在地震作用时不会出现不合理的破坏形态。

曹倩等[23]通过对一个巨型框架+核心筒结构进行小震弹性分析和大震动力弹塑性分析，来研究巨型框架和核心筒的抗震协同工作及各自的抗震性能。研究中并不关注小震下结构体系的剪力分配，而是考察其是否能满足预定的性能目标。分析结果显示，小震下有较多楼层框架剪力分担比例明显小于10%，而大震下结构的位移、剪重比等指标均满足规范要求，结构损伤次序和程度与抗震概念设计相符，性能目标均能得到满足。内外筒剪力在结构进入损伤时能够进行重分布。因此研究结论认为，巨型框架+核心筒结构体系可不采用规范中对传统框-筒结构体系二道防线的要求，可通过弹塑性有限元分析，得到罕遇地震下结构的响应和性能，保证内外筒协调工作，内外筒剪力能够重新分布，最终保证结构性能目标的满足。

王焕诚[24]利用MTS钢结构设计分析软件完成3栋结构类型和布置一致的20层钢框架组合墙结构设计和分析，在此基础上研究剪力分担率对钢框架组合墙结构安全性的影响。三个结构外框分担的剪力比例分别为31.18%，20.47%和11.91%。结果表明在满足一切安全性要求的前提下，以层间位移作为结构安全性优化控制参数，随着剪力分担率的减小，安全性减小，安全利用率增加。

刘阳冰和刘晶波[25]对外部由钢管混凝土柱和钢-混凝土组合梁组成的组合框架, 内部为RC核心筒的305个组合框架-核心筒结构进行了弹性地震反应的参数分析,探讨了外框架梁、柱截面、核心筒厚度及楼层数变化对结构变形性能和外框架剪力的影响规律。研究了结构刚度特征值对最大层间位移角位置和外框架楼层最大剪力位置的影响规律。结果表明:对于所研究的结构模型,单独增大柱截面对减小结构位移反应效果不明显,同时增大梁、柱尺寸或核心筒厚度均可有效降低结构的弹性位移反应。随着核心筒厚度的增加,外框架承担的剪力和剪力分担率减小,在结构中上部减小比率较大。结构最大层间变形和框架剪力起控制作用的是中上部楼层。

Aukeman与Laursen[26]为研究双重抗侧力结构的抗震性能，根据美国规范ASCE 7-05[27]，建立了三个20层的平面尺寸相同的模型，外部为纯框架结构，内筒为采用防屈曲支撑的支撑筒体，三个模型设定的外框剪力承担比例分别为15%，25%和40%。分别对三个模型进行了静力推覆分析和非线性时程分析。结果显示三个结构均能满足ASCE 7-05对结构性能的要求，能够实现双重抗震防线的目标。因此研究者认为规范中关于剪力分担限值大小的规定具有一定的随意性。同时承认研究结论可能受到具体模型的影响，所以建议进一步开展有关双重抗侧体系刚度匹配及剪力限值的研究。

缪志伟等[28]以一个实际高层框架-多子筒核心筒混合结构为例，采用静力弹塑性计算和弹塑性动力时程计算，分析了其在地震作用下的破坏模式、层间变形分布和地震剪力分配。随着地震动强度的增大, 核心筒逐渐进入弹塑性, 刚度降低，外框分配的剪力系数逐渐增大，其中底部由小震时的2.5%增大到大震时的11.1%；中部由10%提高到30%；顶层由60%增大到约75%。在罕遇地震下，外框柱均未屈服，在两个方向分担了足够大的地震剪力，且有足够的承载力，整体上有效发挥了二道防线的作用。

钟华[29]针对框架-剪力墙结构体系的自身特点，以及如何体现多道防线的抗震思想这两方面，提出了必须考虑剪力墙刚度退化对于框架地震内力的影响。采用静力弹塑性分析方法进行大量的算例分析，得到了可供工程实际参考的修正系数，并对规范的有关条文迸行了评价。

文献[30]研究了双重体系中框架的最不利应力状态和应承担的水平地震力，并提出适用于双重体系的两阶段设计法。该文研究了各种影响因素，发现抗震墙间距、房屋总层数影响较小，主要影响因素是层间位移角。结果表明：框架的最大剪力的楼层地震剪力修正系数的变化范围为1.8～3.5，说明规范的规定偏于不安全。文献[31]也研究了高层框-剪结构中框架的地震内力及修正系数。根据试验数据认为：当结构的层间侧移角达到1/500时，框架处于最不利受力状态。研究表明框架最大地震剪力所在楼层的修正系数范围为1.14～1.53，说明我国规范的相关规定是比较合理的。文献[30，31]得出了不同的结论，究其原因会发现二者研究的阶段不一样。文献[30]研究的是如何实现抗震第二水准的目标，即保证框架在抗震设防基本烈度地震力作用下不会受到严重破坏。研究的是基本烈度地震作用下双重体系中框架的受力状态，此时结构的弹塑性侧移等于弹性位移的三倍，此状态并不等同于钢框架在整个强烈地震作用过程中的最不利受力状态。而文献[31]研究的是框架在强烈地震作用下的最不利受力状态，没有特意与抗震设防目标对应，对应的是结构层间位移角为l/500时的状态。

文献[32]利用“等效平均”的概念考虑弹塑性阶段混凝土核心筒的刚度退化，并利用有限元计算模型进行分析，研究水平地震剪力在钢框架与混凝土核心筒之间的分配。分析表明，钢框架在弹性阶段分担的水平地震剪力为10%～30%，弹塑性阶段相应增加至15%～30%。

3 中美规范梳理及对比

为确保大震下多道防线安全，不少国家抗震规范都给出框架承担剪力的量化规定。中国规范主要参考了美国规范的相关规定，但又有不同。

美国 International Building Code 2000[1]中提出，在框架-核心筒(框架-剪力墙)结构中，地震作用下，当框架部分的设计层剪力不小于该层总剪力的25% 时作为双重抗侧力体系。当框架-剪力墙结构及框架-核心筒结构中的框架构件截面较小，框架担负的水平力小于25% 总剪力时，要求只考虑剪力墙或剪力墙筒体独立承担水平荷载，以保证主体结构的安全。

美国 Uniform Building Code 1997[33]中对框剪结构要求: 框架应能独立承担底部设计剪力的25%。

美国 ATC-3-06 1984[34]修订版要求框架至少承担总侧力(包括扭转效应)的25%，是对框架提供第二道防线达到在大震以后使房屋具有承受使用荷载(至少是重力荷载) 的承载力要求。

我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)[2]规定: 钢框架-钢筋混凝土筒体结构各层框架柱所承担的地震剪力不应小于结构底部总剪力的25%和框架部分地震剪力最大值的1.8倍二者的较小值。对双重体系钢筋混凝土框架-剪力墙结构，《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)[3]要求与《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001) 相同，即规定上述两个数值分别为20%和1.5。

《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)新增条文要求:框架-核心筒结构中，除加强层及其相邻上下层外，按框架-核心筒计算分析的框架部分各层地震剪力的最大值不宜小于结构底部总地震剪力的10%。按框架-核心筒计算分析的框架部分各层地震剪力的最大值小于结构底部总地震剪力的10%时，任一层框架应承受的地震剪力不应小于结构底部总地震剪力的15%，且筒体承担的地震作用和构造措施也需要适当加强。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)中也有类似的要求。

2013年刚刚颁布实施的广东省高规《高层建筑混凝土结构技术规程》(DBJ 15—92—2013)[35]针对巨型框架-核心筒结构提出“抗震设计时芯筒应承担全部地震力；巨型框架柱承担的剪力标准值宜取不小于框架按侧向刚度分配的地震剪力标准值的3倍”，取消了按照刚度分担剪力比例的限值。

从以上中美规范的相关规定看出，为保证框架-核心筒(框架-剪力墙)结构的双重抗震体系，美国规范主要通过承载力进行调整控制，中国国家规范除了承载力控制以外，还增加了刚度的控制，而中国地方规范(广东)有取消刚度控制的趋势。

4 当前研究中存在的问题和不足

4.1 规范执行中存在的问题

由于我国现行规范《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)[3]和《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)[2]均增加了按照刚度计算外框剪力分担系数的限值(10%)，而实际设计当中大部分超高层框架-核心筒结构很难满足该规定，很多工程中框架承担的地震剪力仅为结构总剪力的4%-5%(表1)，与规范要求有较大差距。根据规范的原文，当此计算系数小于10%时，是可以通过调整承载能力进行设计的(调整到15%)，但对于很多高度较大的超限结构，在实际的抗震审查当中，审查专家通常会提出比规范条文更加严格的控制指标，即一般不允许有太多楼层的计算剪力分担系数大幅度小于10%。为了满足这一条，构件截面尺寸经常被不断地加大，不仅使设计不合理，并且付出很大的经济成本，甚至有些项目因为此项不满足，从而不能通过抗震审查。该问题不仅困扰着许多设计人员，很多业内专家也对此问题存在质疑。

表1 代表工程案例中外框剪力与倾覆弯矩分担系数

Table 1 Shear force and moment distribution ratio in external frame of typical projects

4.2 对双重防线概念上的认识问题

目前结构的抗震设计，特别是超限高层的抗震设计，出现性能要求定得越来越高，设计越来越保守的趋势，这也导致对双重抗震体系实际抗震性能的认识出现问题。主要有两个方面，一是不少结构经过振动台试验或弹塑性分析，在大震下基本还保持弹性，由此判断结构抗震性能良好，认为达到双重抗侧力体系的设计目标，是不科学的；二是对一些混合结构，试验或分析结果显示大震下核心筒发生比较严重的损伤破坏，外框柱却几乎没有损坏，柱中钢筋(型钢)还处在弹性范围，而此前小震下外框柱分担的剪力比例又很低(刚刚满足最小剪力系数限值)，这种情况下简单地认为外框设计得太弱或太强也是片面的。

双重防线应以抗震安全为目标并同时兼顾经济适用，无限制追求安全系数既不科学也不现实，因此合理的双重防线破坏模式应为：小地震作用下，主要依靠核心筒(第一道防线)发挥作用；中大震作用时，允许核心筒首先发生一定程度破坏，伴随其破坏和刚度退化，外框柱的能力逐渐发挥，并且外框本身具有足够的延性和承载能力，在后续地震中不会发生严重破坏，能够和内筒一起抵抗地震作用，并保证内筒的破坏和侧向变形不会无限发展，最终实现整体结构不发生倒塌。

4.3 当前研究工作尚存在的不足

综合以上，针对框架-核心筒结构的双重抗震防线问题，目前的研究尚存在不足，主要存在的问题如下：

(1) 没有考虑实际地震中框架瞬时剪力系数突变的问题；

(2) 尚未建立不同剪力系数和结构破坏模式的较完整的对应关系；

(3) 在外框剪力系数不能满足规范要求时未给出合适的解决出路；

(4) 未对外框刚度和承载能力的关系进行系统的量化研究；

(5) 没有区分不同性能目标对外框剪力系数限值的差异性需求；

(6) 未对不同地震水平下(不同破坏程度)外框剪力分担系数、总地震剪力的量变及相互影响给出明确规律；

(7) 仅强调外框剪力分担系数，较少关注外框倾覆弯矩分担比例，而某些情况下后者可能对双重防线抗震性能的影响更大[36]。

5 结语与展望

业内对框架-核心筒结构的双重抗震防线如何根据规范进行合理设计，尚未完全形成统一认识；目前越来越多的超高层结构采用该体系，外框剪力分担比例的问题成为不可回避的一道难题，因此研究工作非常有必要进一步深入开展。结合当前研究成果和尚存在的问题，今后需要从以下几个方面重点展开研究：

(1) 进一步明确合理的双重防线破坏模式。

(2) 研究外框与内筒在不同地震水平下刚度退化和地震力重新分配的基本规律。

(3) 研究外框倾覆弯矩分担系数对结构抗震性能的影响。

(4) 根据不同性能目标、结构自身特征(结构高度、外框形式等)，分别论证合适的内外刚度匹配关系。

[1] International Code Council Inc.IBC—2000International Building Code[S]. USA:2000

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ 3—2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社，2011．

Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China.JGJ 3—2010 Technical specification for concrete structures of tall building [S]. Beijing: China Architecture and Building Press, 2011. (in Chinese)

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50011—2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2010．

Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China. GB 50011—2010 Code for seismic design of buildings [S]. Beijing: China Architecture and Building Press, 2010. (in Chinese)

[4] 包世华,方鄂华.高层建筑结构设计[M].北京：清华大学出版社, 1990.

[5] 沈蒲生.高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[6] 徐培福,傅学怡,王翠坤,等.复杂高层建筑结构设计 [M]. 北京:中国建筑工业出版社，2005.

[7] 傅学怡.整浇钢筋混凝土建筑结构抗震设计理念探究[J]. 建筑结构,2005,35(5): 9-12.

Fu Xueyi. Update philosophy of cast-in-situ RC building structure analysis design [J]. Building Structure, 2005, 35(5): 9-12. (in Chinese)

[8] 梁兴文,董振平,王应生,等. 汶川地震中离震中较远地区的高层建筑的震害[J].地震工程与工程振动,2009, 29(1): 24-31.

Liang Xingwen, Dong Zhenping, Wang Yingsheng, et al. Damage to tall buildings in areas with large epicentral distance during M8.0 Wenchuan Earthquake[J]. Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2009, 29(1): 24-31. (in Chinese)

[9] 周颖,吕西林.智利地震钢筋混凝土高层建筑震害对我国高层结构设计的启示[J].建筑结构学报,2011,32(5): 17-23.

Zhou Ying, Lu Xilin. Lessons learnt from damages of reinforced concrete tall buildings in Chile Earthquake and revelations to structural design in China [J]. Journal of Building Structures, 2011, 32(5): 17-23. (in Chinese)

[10] Naeim F，Lew M，Carpenter L D，et al．Performance of tall buildings in Santiago，Chile during the 27 February 2010 Offshore Maule，Chile Earthquake [J]．Structural Design of Tall and Special Buildings，2011，20(11): 1-16．

[11] ACI 318-95 Building code requirements for structural concrete [S]．1995．

[12] 龚炳年,郝锐坤,赵宁.钢-混凝土混合结构模型试验研究[J].建筑科学,1994, (1):10-14

Gong Bingnian, Hao Ruikun, Zhao Ning. Experimental investigation of a 23-storey steel-RC combined structure model [J]. Building Science, 1994, (1): 10-14.(in Chinese)

[13] 龚炳年,郝锐坤,赵宁.钢-混凝土混合结构模型动力特性的试验研究[J]. 建筑结构学报,1995,16(3):37-43.

Gong Bingnian, Hao Ruikun, Zhao Ning. Experimental investigations of the dynamic characteristics of a 23-storey steel-RC mixed structure model [J]. Journal of Building Structures, 1995, 16(3): 37-43. (in Chinese)

[14] 李国强,周向明,丁翔.高层建筑钢-混凝土混合结构模型模拟地震振动台试验研究[J]. 建筑结构学报，2001，22(2):2-7

Li Guoqiang, Zhou Xiangming, Ding Xiang. Shaking table study on a model of steel-concrete hybrid structure tall buildings [J]. Journal of Building Structures, 2001, 22(2): 2-7. (in Chinese)

[15] 储德文,梁博,王明贵.钢框架-混凝土筒体混合结构抗震性能振动台试验研究[J]. 建筑结构, 2005, 35(8): 69-72

Chu Dewen, Liang Bo, Wang Minggui. Experimental investigation of steel frame-concrete core wall structure on shaking table [J]. Building Structure, 2005, 35(8): 69-72.(in Chinese)

[16] 徐培福,薛彦涛,肖从真, 等. 高层型钢混凝土框筒混合结构抗震性能试验研究[J]. 建筑结构, 2005, 35(5): 3-8.

Xu Peifu, Xue Yantao, Xiao Congzhen, et al. Experimental study on seismic performance of high-rise SRC hybrid structures [J]. Building Structure, 2005, 35(5): 3-8. (in Chinese)

[17] 龚治国, 吕西林, 卢文胜, 等. 混合结构体系高层建筑模拟地震振动台试验研究[J].地震工程与工程振动, 2004, 24(4): 99-105.

Gong Zhiguo, Lu Xilin, Lu Wensheng, et al. Shaking table model test of a hybrid high-rise building structure [J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2004, 24(4): 99-105. (in Chinese)

[18] 邹昀，吕西林，钱江．上海环球金融中心大厦结构抗震性能研究[J]．建筑结构学报，2006，27(6)：74-80

Zou Yun，Lu Xilin，Qian Jiang．Study on seismic be-havior of Shanghai World Financial Center Tower[J]．Journal of Building Structures，2006，27(6)：74-80．(inChinese)

[19] 吕西林,殷小溦,蒋欢军,等.某钢管混凝土框架-核心筒结构振动台模型试验[J].中南大学学报(自然科学版),2012,43(1):328-337.

Lu Xilin, Yin Xiaowei, Jiang Huanjun, et al. Shaking table test on super-tall building with CFT frame and composite core wall [J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2012, 43(1): 328-337. (in Chinese)

[20] 周颖,于健,吕西林，等.高层钢框架-混凝土核心筒混合结构振动台试验研究[J].地震工程与工程振动，2012,32(2):98-105.

Zhou Ying,Yu Jian,Lu Xilin，et al. Shaking table model test of a high-rise hybrid structure building with steel frame-concrete core wall [J]. Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration， 2012, 32(2): 98-105. (in Chinese)

[21] 钱稼茹，魏勇，蔡益燕,等.外钢框架-混凝土核心筒结构协同受力性能研究[J]．建筑结构，2006，36(增刊):9/1-9/7

Qian Jiaru, Wei Yong, Cai Yiyan, et al. Study on cooperative working performance of reinforced concrete core wall-steel frame hybrid structures [J]. Building Structure, 2006, 36(S.): 9/1-9/7. (in Chinese)

[22] 钱稼茹，魏勇，蔡益燕,等.钢框架-混凝土核心筒结构框架地震设计剪力标准值研究[J]．建筑结构，2008，38(3):1-5．

Qian Jiaru, Wei Yong, Cai Yiyan, et al. Study on seismic design shear force for frame of steel frame-concrete core wall structures [J]. Building Structure, 2008, 38( 3) : 1-5. (in Chinese)

[23] 曹倩,汪洋,赵宏.复杂高层结构体系二道防线的探讨[J].建造结构,2011, 41(增刊):331-335.

Cao Qian, Wang Yang, Zhao Hong. Discussion on the dual defense system applied in structurally complicated high-rise building [J]. Building Structure, 2011, 41(S.): 331-335. (in Chinese)

[24] 王焕诚.考虑剪力分担率的钢框架组合墙结构安全性探析[J]. 建筑安全，2009(9)：51-52.

[25] 刘阳冰,刘晶波.组合框架-核心筒结构地震反应初步规律研究[J].河海大学学报(自然科学),2011,39(2):148-153.

Liu Yangbing, Liu Jingbo, Han Qiang. Preliminary study on seismic response of composite frame-core wall structures [J]. Journal of Hohai University(Natural Sciences), 2011, 39(2): 148-153. (in Chinese)

[26] Aukeman L J, Laursen P. Evaluation of the ASCE 7-05 standard for dual systems: response history analysis of a tall buckling-restrained braced frame dual system[C]. Structures Congress 2011, ASCE, 2011，2707-2717.

[27] American Society of Civil Engineers (ASCE)．ASCE 7-05 Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures[S]．Reston Virginia， U S, American So-ciety of Civil Engineers， 2006．

[28] 缪志伟,叶列平,吴耀辉,等.框架-核心筒高层混合结构抗震性能评价及破坏模式分析[J].2009,39(4):1-6.

Miao Zhiwei, Ye Lieping, Wu Yaohui, et al. Seismic performances and failure mode analysis of hybrid frame-core tube structures [J]. Building Structure, 2009, 39(4): 1-6. (in Chinese)

[29] 钟华.框-剪结构中剪力墙刚度退化对框架内力的影响[J].四川建筑科学研究,2010,36(6):50-52.

Zhong Hua. The effects on internal forces of frame due to the stiff degenerating of wall [J]. Sichuan Building Science, 2010, 36(6): 50-52. (in Chinese)

[30] 刘大海,杨翠如,钟锡根.高层建筑抗震设计[M].北京:中国建筑工业出版社，1996.

[31] 刘建新.高层框-剪结构中框架地震内力的确定.建筑结构学报，1999，20(3):15-22

Liu Jianxin. Determination of seismic forces acting on frame in high-rise frame-shear wall structures[J]. Journal of Building Structures, 1999, 20(3): 15-22. (in Chinese)

[32] 刘英.钢框架-混凝土核心筒组合结构抗震性能研究[D].北京:北京工业大学，1999.

Liu Ying. Research on seismic resistance capacity of steel frame-concrete core tube structure [D]. Beijing: Beijing University of Technology, 1999. (in Chinese)

[33] International Conference of Building Officials．UBC-19971997 Uniform building code[S]．USA, 1997

[34] Applied Technology Council．ATC-3-06 Tentative Provisions for the Development of Seismic Regulations forBuildings[S]．U S：Government Printing Office，Washington： DC, 1978.

[35] 广东省住房和城乡建设厅. DBJ15—92—2013 高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2013.

Department of Housing and Urban-Rural Development of Guangdong Province.DBJ15—92—2013 Technical specification for concrete structures of tall building [S]. Beijing: China Architecture and Building Press, 2013. (in Chinese)

[36] 安东亚.框架-核心筒结构外框地震剪力比例系数影响规律探讨[R].第十届中日建筑结构技术交流会.南京：中日建筑结构技术交流会,2013.

Double Earthquake Fortification Lines of Frame-core Tube Structure: State-of-the-art

AN Dongya1,2,*ZHOU Deyuan1LI Yaming3

(1. Research Institute of Structural Engineering and Disaster Reduction, Tongji University, Shanghai 200092, China；

2. East China Architectural Design and Research Institute Co., Ltd., Shanghai 200041, China；

3. Shanghai Institute of Architectural Design and Research Co., Ltd., Shanghai 200041, China)

To ensure the double earthquake fortification lines' safety of frame-core tube structure, the distribution ratio limits of shear force in external frame calculated according to the stiffness was proposed in Chinese code. In the actual design process, it is difficult to meet the specification limits for many engineering projects. In this article,from the earthquake damage, shaking table test and numerical analysis point of view, related studies about the double seismic defence line of frame-core tube structure were summarized, and the deficiencies and limitations of different studies on the problem are specified. The issues that exist in the current study anddifferent understandings of the specification were discussed. Based on the performance-based seismic concept, the reasonable target of double seismic defence was proposed, and the research that should be carried out and the main focus have been prospected.

frame-core tube, double earthquake fortification lines, performance-based seismic design, shear force distribution ratio

2014-02-24

华东建筑设计研究院有限公司建设科技项目(11-1类-0022-结、14-3类-0031-结)

*联系作者，Email:dongya_an@xd-ad.com.cn