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摘要：高层建筑结构受力不同于多层建筑结构， 水平风荷载或地震作用引起结构变化起主导作用。通过对框架-核心筒的平面结构布置、刚度 （位移角、位移比） 、周期比、强度 （剪力墙和框架柱的内力计算） 、框架部分地震剪力及倾覆力矩等方面进行计算比较， 使其更好地发挥抗震抗风性能。关键词：框架-核心筒； 建筑结构； 刚度； 强度；
On application of frame-core tube structures in projects
Abstract:The paper indicates the stress at the high-rise architectural buildings differs from multi-floor architectural structures, illustrates the structural changes caused by the horizontal wind loading or earthquake, and undertakes the calculation and comparison from the allocation of plane structure, stiffness, period ratio, strength wall and framework columns for framework-core tube, so as to exert its seismic and wind-resistance performance in a better way.
Keyword:frame-core tube; architectural structure; stiffness; strength;
0、引言
筒体结构， 属于高层建筑结构， 一般包括框筒、框架-核心筒、筒中筒结构等。框架核心筒外围是由梁柱构成的框架受力体系， 而中间是筒体 （比如电梯井） , 因为筒体在中间， 所以称为核心筒。框筒结构体系是在建筑结构物四周布置框架柱与框架梁， 框架柱间距较小、框架梁截面高度较高结构形式；筒中筒结构由框筒作为外筒， 钢筋混凝土剪力墙设置在内部；框筒结构与筒中筒结构抗扭转刚度较大， 由于柱距较小使得通风效果较框架-核心筒弱。目前国内建筑结构高度超过100 m以上的高层大多数采用筒体结构。
框架-核心筒四周边布置柱框架， 一般柱距较大 （外部框架柱到内部剪力墙的距离为10 m左右） , 在结构内部布置钢筋混凝土剪力墙， 形成框架-核心筒。该体系空间效果好、布置满足需要、采光与通风效果较好， 广泛应用于甲级写字楼、高档酒店。20世纪90年代以来， 该体系在深圳、上海、北京、广州得到快速发展， 随后其他城市也陆续建设。
1、工程概况
某办公写字楼位于城市市区中心， 地下2层， 地下2层与地下1层层高依次为4.5 m和4.5 m;地面以上建筑楼层为23层， 首层建筑层高为5.4 m;2层~6层建筑层高为4.8 m, 该5层为五星级商务酒店；其他层为办公层， 层高度为3.9 m, 结构总高度94.8 m, 总建筑面积32 215 m2.
本地区属于7度抗震设防烈度区， 设计基本地震加速度值为0.15g, 地震分组为第二组， 当地基本风压为0.55 k Pa （对风荷载属于敏感， 在计算强度时应将基本风压值放大1.1倍） .建筑物为矩形截面， 属于丙类抗震设防类别， 场地类别一类， 设计基准期50, 结构安全等级二级， 地基基础设计等级为甲级， 由《抗规》或《高规》确定：核心筒和外框架抗震等级均为二级。
外框架平面轮廓线尺寸为36.6 m×33.2 m, 长宽比1.1;混凝土核心筒外墙中心线尺寸X方向17.2 m, Y方向15 m.本结构高宽比为2.86, 《高层混凝土技术规程》规定钢筋混凝土框架-核心筒适用的最大高宽比为7, 高宽比对结构刚度、整体稳定性、抗倾覆能力、承载力和经济效果起宏观控制， 本结构核心筒宽高比值为0.158 （满足规定要求） .
2、结构计算结果分析与比较
2.1 结构布置方案图
结构标准层方案见图1.
2.2 墙柱构件截面尺寸大小、混凝土标号材料信息
地下室2层~地上4层：墙体厚度400、柱1 100×1 100, 墙、柱混凝土等级C55, 梁、板C45;地上5层~9层：墙体厚度350、柱1 000×1 000, 墙、柱混凝土等级C50, 梁、板C40;10层~14层：墙体厚度300、柱900×900, 墙、柱混凝土等级C45, 梁、板C35;15层~19层：墙体厚度250、柱800×800, 墙、柱混凝土等级C40, 梁、板C30;20层~23层：墙体厚度200、柱700×700, 墙、柱混凝土等级C35, 梁、板C25.
2.3 各个指标计算结果信息
2.3.1 框架部分分配的地震倾覆力矩
X方向框架部分分配的地震倾覆力矩为21.1%, Y方向框架部分分配的地震倾覆力矩25.7%, 满足框架-核心筒的各个抗侧力构件分担的弯矩比例要求。如果框架承担低于20%, 在满足其他的条件下， 适当加强框架柱的刚度或降低核心筒的刚度， 从而使各个抗侧力单元强度和刚度比例分配恰当， 有利于建筑结构抗震抗风。
2.3.2 框架部分分配的楼层地震剪力最大值
X方向框架部分分配的楼层地震剪力最大值19.5%, Y方向框架部分分配的楼层地震剪力最大值23.2%, 两个方向的剪力比例差异性主要由于X方向剪力墙刚度较大， 导致X方向框架柱按照刚度大小进行分配剪力值会有所下降。根据工程经验， 以及结合地震倾覆力矩分配结果， 一般在实际工程中， 合理的数据在20%~30%左右比较理想， 为此在满足其他指标的情况下， 将X向的剪力墙上进行结构洞口 （500×500） 的处理， 经过处理X, Y分别占有的比例为20.4%与23.5%.
2.3.3 平动系数与周期比
周期比是用来衡量结构平面扭转是否规则。结构扭转对应的周期与结构平动对应的周期之比， 规范规定A级高度钢筋混凝土高层结构不应大于0.9, 超过该值等同于位移比大于1.5, 属于严重扭转不规则结构；初步计算结果平动系数第一振型0.87 （Y方向平动） 、第二振型0.65 （X方向平动） 、第三振型0.87 （该振型下结构为扭转） .在实际工程中， 高层建筑结构第一、二振型下， 结构的平动系数不宜小于0.8, 尽可能使其接近于1.经过调整四周框架柱截面以及适当减小剪力墙刚度， 最后该结构第一、二振型下， 结构的平动系数分别为0.92, 0.90;前三个周期依次为3.1 s, 2.99 s, 2.72 s, 扭转为主的第一周期2.72与平动为主的第一周期3.1比值为0.877, 满足不应大于0.9.
2.3.4 最大层间位移角、最大层间位移比
最大层间位移角X和Y方向分别是1/1 158, 1/920满足规范允许值；最大层间位移比X和Y方向分别是1.25, 1.24, 属于一般扭转不规则结构。位移角最大值均发生在第5层， 最大层间位移比X方向发生在第6层， Y方向发生在第9层。鉴于各项指标均满足要求， 并且符合实际工程的要求， 不需要再进行处理。
2.3.5 有关梁的挠度计算分析
由于框架梁 （梁截面350×750） 的跨度在9 m左右， 纵筋配筋率为1.8%, 可以满足要求。挠度计算结果为22 mm, 尽管未超过规定值， 但是为了避免由于挠度过大导致结构在使用中出现问题， 将其截面高度调整为350×850, 经过计算分析， 挠度值降为17 mm.
3、结语
1） 钢筋混凝土框架-核心筒体系由于刚度和强度能满足抵抗水平地震和风， 经济效果较好， 在实际工程中得到了广泛的使用。
2） 框架-核心筒结构应适当加厚楼板， 尽量不开洞口或少开洞口， 保证楼板在自身平面内的刚度；在竖向上要避免或控制结构构件收缩和突出。
3） 加大外围框架柱与框架梁的刚度， 有助于改善结构整体的抗扭转效果， 同时控制好框架柱与剪力墙的剪力分配。
参考文献
[1] JGJ 3-2010, 高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[2] 郭猛， 姚谦峰， 马衡， 等。平面中部带剪力墙核心筒高层建筑结构体系判定[J].水利与建筑工程学报， 2008, 6 （3） :41-43.
[3] GB 50011-2010, 建筑抗震设计规范[S].