框架核心筒结构在建筑结构设计中的应用

■黎智鸿 ■广东博意建筑设计院有限公司，广东 顺德 528312

为了更好的满足人们的生产和生活的需要，现在的建筑结构表现出多元化的趋势，建筑结构的功能和用途越来越多。因此在进行建筑结构的设计时，需要考虑更多可能的受力结构形式。框架核心筒结构是现代建筑结构中的一种重要形式，它具有刚度大、用钢量小等特点，因此在我国建筑结构设计中的应用越来越广泛。通过对框架核心筒结构体系合理的设计，可以有效的确保建筑结构的抗震性能。以下笔者将结合具体的框架核心筒结构设计实例，简要探讨框架核心筒结构设计的重要内容。

1 项目概况

本工程为某一高层建筑设计实例，该建筑地上部分的总层数为34层，地下部分为2 层。建筑面积达到3 万m2，建筑总高度为98.3m，鉴于建筑功能等方面限制，最终选取框架核心筒结构体系。在结构设计中，风荷载取为0.3kN/m2，地面粗糙度为B 类，风荷载体型系数为1.4，地震烈度为7.5 度。基础部分采用静压式预应力混凝土管桩，其强度等级为C80。

2 建筑结构布置

在高层建筑结构设计中，结构布置应遵循简单、规则、对称、少偏心的原则。在结构方案设计阶段，应进行合理的结构选型。在确保建筑艺术的基础上，结构布置应做到既满足抗震、抗风性能，同时还满足经济合理、美观流畅等要求，力求营造出一个完美的建筑形象。

2.1 框架部分布置

本工程的框架部分设计成双向梁柱刚架体系。其中一个方向与核心筒连接在一起，另一个方向则与4 根柱和两个角部剪力墙连接在一起，从而共同组成框架-筒体的结构体系。框架和剪力墙共同组成的结构体系可以一同承担两个方向上的地震作用和风荷载作用。

本工程的框架梁与柱之间处于重合的状态，此时梁柱达到最佳的工作状态，没有出现梁柱偏心的问题，这样可以有效的防止对核心区域构造和受力造成不利的影响。

在本工程中由于受到施工工艺的限制，混凝土的强度等级仅为C40，因此在结构设计中，出现了短柱的问题，仅在本工程1～6 层的位置处没有出现短柱。

沿着高度方向，柱的截面是变化的，但是柱的轴线并没有出现变化。这样既可以做到沿着高度方向柱变化均匀，同时还避免出现偏心的问题。

以上这些部分就是本工程框架结构布置的主要内容。整个结构在整体布置上整齐、规则，并没有产生次应力问题。

2.2 剪力墙部分布置

在进行剪力墙布置时，为了充分的发挥剪力墙的作用，将剪力墙集中进行布置，从而形成一个核心筒结构。对于核心筒而言，具有较大的抗侧力刚度，其刚度的组成不是简单的由其中几个部分的刚度的叠加。一般情况下，核心筒的刚度主要是受到墙体、连梁形式、洞口大小等多个因素的影响。因此需要应用计算机才能准确的计算出核心筒的刚度。

当进行核心筒的布置时，应确保平面分布均匀，两个方向上的剪力墙的刚度应避免出现较大的差异，尽量接近，连梁应适中。本工程中单肢墙的长度在8m 以内。纵横两个方向的比例合理，从而两个方向上的变形均较为相同。

在对剪力墙布置时，其轴线与框架轴线保持一致。沿着高度的方向，剪力墙结构的刚度处于均匀的变化。上下层剪力墙的轴线均匀的重合的一起，这样可以确保荷载传递的合理性。对于每片剪力墙而言，其轴压比应控制均匀，采用计算机软件即可计算得到各墙段的轴力，在此基础上即可对剪力墙的厚度和长度进行设计。由于剪力墙的受力机理较为复杂，因此在进行剪力墙的布置时，需要考虑连梁、洞口以及楼板等对其的影响，通过多次反复的计算机计算和调整以确保剪力墙作用的充分发挥。在本工程中，对于剪力墙的布置，经过多次的计算和调整，最终所确定的剪力墙技术指标如表1 所示。在本工程中所布置的剪力墙基本可以做到荷载中心与平面中心的重合，各个构件之间均较为均匀对称，平面形状规则简单。

表1 剪力墙技术指标

3 框架与剪力墙的关系

一般情况下，在框架-筒体结构体系中，应布置足够数量的剪力墙。剪力墙的刚度应确保合理，这是因为如果刚度过大，则会导致剪力墙结构在地震作用下产生较大的反响，从而导致结构内部内力的增大，同时也会影响到框架结构作用的发挥，这样会影响整体结构体系的作用。一般情况下，应将剪力墙结构的刚度特征值控制在2.5～1.15 之间。根据计算结果，在本工程中，剪力墙部分主要承受80%的水平力，框架部分主要承受20%的水平力，因此其结构刚度的特征值为1.8。

4 结构计算结果说明

在本工程中，采用SATWE 结构设计软件对结构体系进行计算。如表2 所示为本工程结构前6 阶模态振型的振动周期。表中T1 为Y方向的平动周期，T2 为X 方向的平动周期，T3 为扭转第一周期。扭转周期比为0.849，小于规范规定的0.9，因此可以认为本工程的建筑结构具有良好的抗扭性能，能够满足结构抗震的要求。

5 结构抗震性能综合评价

在本工程的结构设计中，为了有效的确保结构布置的合理性，需要采取合适的构造措施，从而减小扭转不规则带来的不利影响，以确保结构体系的抗震性能。在进行结构抗震性能的设计时，需要针对不同的地震作用，而设置不同的性能目标，本工程的抗震设计主要是为了实现以下几个目标:(1)小型地震。在小型地震作用下，结构应满足弹性设计的要求，均应处于弹性工作状态。全部构件的抗震承载力和结构层间位移应满足相关规范和设计的要求。(2)中型地震。在中型地震作用下，结构中的薄弱部分和重要部分构件应处于弹性工作状态。在对结构进行非线性分析时，部分结构可以接近屈服阶段，但是不得进去脆性破坏阶段，同时各个构件细部构造应满足中等延性的要求。(3)大型地震。在大型地震作用下，重要部分的结构构件不应进入屈服状态。当对结构进行非线性分析时，部分结构可以进入屈服阶段，但是不得进入脆性破坏阶段，同时其变形限制应确保满足规范和设计要求，一般情况下，楼层的最大层位移角应控制在1/200 以内。各个构件的细部构造需要确保满足高延性的要求。

根据计算机软件的计算结果可以知道，本工程的建筑结构在8 度多的地震作用下，结构中各个部分均匀能满足相关的规范和设计要求。因此可以认定本工程建筑结构的抗震性能满足要求。

6 结语

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。基于此，框架核心筒结构在现代建筑结构中得到广泛应用。文章通过结合某一高层建筑设计实例，经综合考虑选取框架核心筒结构体系，系统地探讨该结构体系的结构布置，同时为了有效的确保结构布置的合理性，提出合适的构造措施。从工程计算结果表明，本工程的建筑结构具有良好的抗扭性能，能够满足结构抗震的要求。

［1］赵波.框架核心筒结构抗震设计［J］.中国建筑金属结构，2013(09):227-229.

［2］宋华.框架-核心筒结构中框架柱的合理设计［J］.宁夏工程技术，2008(12):52-56.

［3］张萌.框架核心筒结构体系的优化［J］.内蒙古科技与经济，2009(01):35-41.