高层建筑钢筋混凝土核心筒结构的受力特点

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：现以图8-13所示的筒中筒结构和框架—核心筒结构进行比较，进一步说明它们的区别。图8-14为筒中筒结构与框架—核心筒结构翼缘框架柱轴力分布的比较。由表8-1可见，与筒中筒结构相比，框架—核心筒结构的自振周期长，顶点位移及层间位移都大，表明框架—核心筒结构的抗侧刚度大大小于筒中筒结构。也就是说，设置楼板大梁的框架—核心筒结构传力体系与框架—剪力墙的结构类似。

由于空间作用，在水平荷载作用下，密柱深梁框筒的翼缘框架柱承受较大轴力，当柱距加大、裙梁的跨高比加大时，剪力滞后加重，柱轴力将随着框架柱距的加大而减小，但它们仍然会有一些轴力，也就是还有一定的空间作用，正由于这一特点，有时把柱距较大的周边框架称为“稀柱筒体”。不过当柱距增大到与普通框架相似时，除角柱外，其他柱子的轴力将很小，由量变到质变，通常可忽略沿翼缘框架传递轴力的作用，就直接称之为框架以区别于框筒。框架—核心筒结构，因为有实腹筒，在我国规范上将它归入“筒体结构”类，但是它抵抗水平荷载的受力性能更接近于框架—剪力墙结构，与筒中筒结构有很大的不同。

现以图8-13所示的筒中筒结构和框架—核心筒结构进行比较，进一步说明它们的区别。两个结构平面尺寸、结构高度、所受水平荷载都相同，两个结构楼板都采用平板，表8-1给出了两个结构顶点位移与结构基本自振周期的比较。图8-14为筒中筒结构与框架—核心筒结构翼缘框架柱轴力分布的比较。

由表8-1可见，与筒中筒结构相比，框架—核心筒结构的自振周期长，顶点位移及层间位移都大，表明框架—核心筒结构的抗侧刚度大大小于筒中筒结构。

由图8-14可见，框架—核心筒的翼缘框架柱子轴力小，柱数量又较少，翼缘框架承受的总轴力要比框筒小得多，轴力形成的抗倾覆力矩也小得多。结构主要是由①、④轴两片框架（腹板框架）和实腹筒协同工作抵抗侧力，角柱作为①、④轴两片框架的边柱而轴力较大。从①、④轴框架抗侧刚度和抗弯、抗剪能力看，也比框筒的腹板框架小得多。因此框架—核心筒结构抗侧刚度小得多。

图8-14 筒中筒与框架—核心筒翼缘框架承受轴力的比较

表8-1 筒中筒结构与框架—核心筒结构抗侧刚度比较

表8-2中给出了筒中筒结构与框架—核心筒结构的内力分配比例，可见二者的差别：①框架—核心筒结构的实腹筒承受的剪力占到80.6%、倾覆力矩占到73.6%，比筒中筒的实腹筒承受的剪力和倾覆力矩所占比例都大；②筒中筒结构的外框筒承受的倾覆力矩占了66%，而框架—核心筒结构中，外框架承受的倾覆力矩仅占26.4%。上述比较说明，框架—核心筒结构中实腹筒成为主要抗侧力部分，而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。

表8-2 筒中筒结构与框架—核心筒结构内力分配比较（%）

图8-13中的框架—核心筒结构的楼板是平板，基本不传递弯矩和剪力，翼缘框架中间两根柱子的轴力是通过角柱传过来的（稀柱框筒的空间作用），轴力不大。

提高翼缘框架中间柱子的轴力、从而提高其抗倾覆力矩能力的方法之一，是在楼板中设置连接外柱与内筒的大梁，如图8-15所示，所加大梁使②、③轴形成带有剪力墙的框架（实腹筒仍然有较大空间作用）。图8-16给出了平板与梁板两种布置的框架—核心筒翼缘框架所受轴力的比较，该结构除了采用梁板体系外，其他所有尺寸、荷载均与图8-13中的平板体系框架—核心筒相同。

由图8-16可见，采用平板体系的框架—核心筒中，翼缘框架中间柱的轴力很小，而采用梁板体系的框架—核心筒中，翼缘框架②、③轴柱的轴力反而比角柱更大。在这种体系中，可以认为有四个主要抗侧力单元，它们都与荷载方向平行，其中②、③轴是框架—剪力墙，其抗侧刚度大大超过①、④轴框架，它们边柱的轴力也相应增大。也就是说，设置楼板大梁的框架—核心筒结构传力体系与框架—剪力墙的结构类似。

表8-3给出了它们基本自振周期、顶点位移的比较。可以看到，在楼板中增加大梁后（有楼板大梁时简称“梁板”，无楼板大梁时简称“平板”），增加了结构的抗侧刚度，周期缩短，顶点位移和层间位移减小。由表8-4给出的内力分配比较可见，加了大梁以后，由于翼缘框架柱承受了较大的轴力，周边框架承受的倾覆力矩加大，核心筒承受的倾覆力矩减少，由于大梁使核心筒反弯，核心筒承受的剪力略有增加，而周边框架承受的剪力反而减少了。

图8-15 有梁板体系的框架—核心筒

图8-16 有、无楼板大梁的框架—核心筒翼缘框架轴力分布比较

表8-3 有、无楼板大梁的框架—核心筒结构抗侧刚度比较

表8-4 有、无楼板大梁的框架—核心筒结构内力分配比较（%）

在采用平板时，虽然也具有空间作用（稀柱框筒），使翼缘框架柱承受轴力，但是柱数量少，轴力也小，远远不能达到框筒所起的作用。增加楼板大梁可使翼缘框架中间柱的轴力提高，从而充分发挥周边柱的作用，但是当周边柱与内筒相距较远时，楼板大梁的跨度大，梁高较大，为了保持楼层的净空，层高要加大，对于高层建筑而言，这是不经济的，为此，另外一种可选择的、能充分发挥周边柱作用的方案是采用框架—核心筒—伸臂结构。

高层建筑钢筋混凝土核心筒结构的受力特点

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