[张维斌]框架－核心筒结构平面布置的一点看法

[张维斌]框架－核心筒结构平面布置的一点看法专家论坛建筑结构⋅技术通讯 2006 年 11 月框架-核心筒结构平面布置的一点看法张维斌（中国中元国际工程公司北京 100089）框架-核心筒结构周边柱子的柱距较大，一般为 8∼12m，和沿周边布置的梁构成了外框架，中间则为由电梯井、楼梯间、管道井等构成的核心筒，两者在楼板的协同下共同工作。因为有实腹筒，我国规范将其归为“筒体结构”，但其抵抗水平荷载的受力特点更接近于框架...

专家论坛建筑结构⋅技术通讯 2006 年 11 月框架-核心筒结构平面布置的一点看法张维斌（中国中元国际工程公司北京 100089）框架-核心筒结构周边柱子的柱距较大，一般为 8∼12m，和沿周边布置的梁构成了外框架，中间则为由电梯井、楼梯间、管道井等构成的核心筒，两者在楼板的协同下共同工作。因为有实腹筒，我国规范将其归为“筒体结构”，但其抵抗水平荷载的受力特点更接近于框架-剪力墙结构。计算分析表明：在竖向荷载作用下，框架和核心筒分别承担各自所属面积上的荷载。在水平荷载作用下，由于周边框架柱数量少、柱距大，框架部分分担的剪力和倾覆力矩都很少，剪力约占 20%甚至更少；倾覆力矩约占 30％甚至更少，所以核心筒是结构的主要抗侧力构件。这与筒中筒结构中抵抗剪力以实腹筒为主，抵抗倾覆力矩则以外框筒为主不同。当内筒外框间采用不设梁的平板时，由于板基本不传递弯矩和剪力，翼缘框架中间柱的轴力是通过角柱传来的（空间作用），当外框柱距增大、裙梁的跨高比增大时，外框架-核心筒结构的剪力滞后加重，翼缘框架中间柱的轴力将随着框架柱距的增大而减小，当柱距增大到一定程度时，中间柱的轴力将很小。图 1 有梁板体系的框架-核心筒 1.为了提高中间柱的轴力、从而提高其抗倾覆能力，一般情况下外框架柱与核心筒外墙的距离，当非抗震设计不大于 12m 或抗震设计不大于 10m 时，可以在外框架柱与核心筒外墙间设置大梁，见图 1，使得轴 2，3 形成带有剪力墙的框架-剪力墙（当然由于核心筒的存在而具有很大的空间作用），其抗侧刚度大大超过轴 1，4 的框架。在这样的结构体系中，与荷载方向平行的边框架和中间的框架-剪力墙是主要受力构件；中间柱的轴力反而会比角柱大，发挥了周边柱的作用。从而一定程度上提高了结构抗倾覆力矩能力，使外框柱内力较为均匀。通过适当的抗震措施，可以起到结构抗震设计第二道防线的作用。所以，只要功能允许，框架-核心筒结构外框架柱与核心筒外墙间应尽可能设置大梁。 2.外框架柱与核心筒外墙的距离较大时，会使楼板厚度增大或外框内筒间的主梁高度增大，从而增加结构自重，影响楼层净空高度，增加建筑物造价。高规规定：外框架柱与核心筒外墙的中心距离，非抗震设计大于 12m，抗震设计大于 10m 时，宜采取增设内柱等措施。为此可采用如下一些处理措施：（1）采用宽扁梁。可有效减小梁的截面高度，满足楼层对净空高度的要求。需要注意的是：此时的宽扁梁一般情况下都是梁宽大于柱宽的宽扁梁，应特别注意宽扁梁梁柱节点的构造做法。可参看钢筋混凝土构造设计手册。（2）采用密肋梁。可有效减小梁的受荷面积，因而可减小梁的截面高度，满足楼层对净空高度的要求。（3）采用预应力混凝土梁。能有效减小梁截面高度，减轻结构自重，满足楼层净空高度的要求。必要时采用预应力混凝土宽扁梁，效果将更好。但在抗震设计时，应注意满足《预应力混凝土结构抗震设计规程》第 4.2.3 条关于梁端预应力强度比λ的要求。（4）采用预应力混凝土平板，在板的角部沿一个方向设置暗梁。但此措施在板跨度较大时不一定能满足承载力和变形(挠度及裂缝宽度)的要求。（5）在核心筒和外框架之间距核心筒较近处增设环筒内柱，以减小梁跨度，降低梁截面高度，满足楼层净空高度要求。内柱可按轴心受压柱设计，不考虑参与结构整体抗侧。但应注意以下几个问题： 1）由于环筒内柱到核心筒外墙的距离很近（一般小于 3.0m），此段梁跨度小、线刚度很大，将产生较大的弯矩和剪力，计算时往往超筋严重，钢筋无法配置；若不设置该段梁（或设置为弱连系梁），由于该段板基本不传递弯矩和剪力，水平荷载下结构的受力性能与内筒外框间不设梁相似。同时环筒框架 7 8 与核心筒间的楼板将会产生较大的裂缝。 2）由于环筒框架的存在，较大程度上分担了核心筒所承受的竖向荷载，将会使核心筒仅承担较小的竖向荷载，可能会导致在水平地震作用下核心筒墙肢出现拉应力，这对结构很不利，更是框架-核心筒结构的核心筒墙体设计所不能允许的。设计时应根据具体工程的实际情况，综合分析比较，采用上述一种或几种处理措施，满足结构及功能要求。

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