框架核心筒结构在建筑结构设计中的应用

框架核心筒结构在建筑结构设计中的应
用
摘要：作为建筑物中的基本结构之一，框架结构在扩展建筑空间方面具有不
可忽视的功能。

它能扩大建筑空间。

但是，因为在地震作用下，框架结构在抗震
设计中有一定的高度限制，当高度超过规范要求时，为了更好地利用建筑物内的
空间，在高层建筑设计过程中，设计人员一般会选择框架结合剪力墙核心筒相结
合的方式来实现建筑空间的合理运用。

基于此，文章主要研究了建筑结构设计中
框架框架核心筒结构布置的有效运用。

关键词：框架核心筒结构；建筑结构设计；应用
1、框架核心筒结构建筑特点分析
框架核心筒结构一般出现在高层建筑设计中；在建筑物的核心筒布置电梯井、通风井、楼梯间等多个功能室，在建筑物的周围采用梁、柱框架结构，本项目研
究成果将有助于促进国内当代建筑内部环境的优化，提高内部环境的可塑性，显
著提高内部环境的可利用性；使室内空间的弹性得到有效地提升，使室内的空间
利用率得到明显增强。

随着我国各城市、地区高层建筑的数量和规模日益增多，
建筑结构的内部应力状况也变得越来越复杂。

基于这一特点，采用框架式核心筒
式结构，其优点是与芯柱十分接近，且整体强度高，且侧向变形较少，整体稳定
性好。

因此，它在我国很多建筑工程中得到了广泛的应用。

当前，我国的框架结构正朝着高层、超高层方向发展，因此，建筑中的垂直
构件，其所产生的累计自重以及活荷载，都要求其结构构件能够合理地承担。

为
了保证建筑物的安全性，建筑物需要布置大型结构柱和剪力墙体，这对于工程主
体结构的施工技术要求更加严格。

对于高层建筑，既要解决结构水平剪力问题外，又要处理好建筑变形的问题。

另外，在进行建筑设计时还应重视和考量结构的实
际布置，以及应用特殊材料等问题，如此一来，就能够有效保证建筑物的结构稳定性，同时对外力进行抵抗，避免出现较大变形，以及应付较大的水平荷载。

2、框架核心筒结构在建筑结构设计中的应用分析
2.1确定建筑结构布置要求
随着高层建筑数量的不断增加，需要规范建筑框架核心筒结构的设计、布局要点，在简易的、规范的操作实践中统计核心设计标准，确定符合规定的构件原理，再对地上、地下部分的设计情况进行统计，对结构布局的侧重点进行规范。

要注意的是，设计人员要需要对总建筑面积、房屋的高度指标进行合理计算，并要了解房屋的抗震、防水、隔热等要求，核实框架核心筒结构体系的应用规范。

例如设计人员要合理布置核心筒内的功能、对外围框架柱的数量及大小进行合理安排，确保整体设计的美观和功能性，并对设计不稳定、结构框架强度不达标的问题进行及时的解决，确保建筑自身的稳定性。

2.2结构设计要点
在进行框架核心筒结构设计时，设计人员要根据梁柱两个方向的布局需求，将框架和核心筒相连接，并对各个构件进行加强，确保结构柱的两个角与剪力墙所连接，从而加强整体结构的稳定性。

尤其要指出的是：
第一，设计人员要评估出框架、剪力墙组成的结构体系，通过给予框架构件向上的作用力，可抵消一定外力作用；如果设计受到地质灾害、强风、暴雪等天气的影响时，向上的作用力会受到一定影响。

因此，设计人员要确保框架梁柱的承受能力满足设计规范要求，一旦梁柱出现偏心方面的问题，可能会导致整体结构受力不稳定，从而对整个建筑的应力产生不利的作用。

第二，设计人员应在建筑技术上多做归纳,通过规范结构设计要点，用降低柱高的措施进行影响规避，再按结构柱的方向提高变化的平整度，可消除偏心现象对工程稳定性的影响。

总之，为提高框架部分的综合布置水平，需要设计人员充分认识结构的设计要求，避免应力过大的直接影响。

第三，核心筒设计中，设计人员要做好建筑高度的计算工作，确保核心筒的
短边长度和长边高度在同一水平线上，且短边的宽度需要超过筒体高度的十二分
之一，并将核心筒置于建筑物的中央，控制平面核心筒偏置的影响。

同时，需要
控制核心筒平面面积，确保核心筒面积与楼层平面面积之比控制于20%内，低烈
度时可控制在15%以内。

建筑物高度较高或当地设防烈度较大时需要对关键部位
进行设防加固，设防位置可固定在80m～150m高度之间。

2.3剪力墙部分布置要点
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，同时要保证连接
梁的大小要合理。

对于每片剪力墙而言，其轴压比应控制均匀，采用计算机软件计算即可得到
每段墙的轴力，从而可以根据这个结果来确定墙体的厚度及长度。

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
等的因素影响，通过多次反复的计算机计算和调整，才能保证能够最大程度地发
挥出剪力墙的作用。

2.4核心筒剪力墙平面外对梁端嵌固设计
框架核心筒体结构要求在剪力墙的水平面上有一定的支承力。

剪力墙水平面
的等效剪切刚度、梁的线性刚度、本层剪力墙的轴压比等因素均会对梁端产生较
大的影响。

由于计算上的限制，在计算墙体外刚度时，高估了墙体外部对梁端的
嵌固效果，因此，结构设计者应对高层建筑框架中心筒梁墙平面外节点进行调整，并在梁端增设横向腋，以提高梁端的嵌固效果。

为了提高梁端的嵌固性，在外壁
柱之间要有框架梁，以提高外壁板梁宽与墙厚之间的部分刚性，并使墙体横梁的
横筋截面宽度大于0.4倍，墙体横梁的横梁也要比横梁的横梁高大，这样，横梁的剪力就会通过横梁均匀地传递到墙壁上。

另外，在进行结构计算时，还应保证计算结果能够准确地反应结构梁末端所受弯矩值的真实变化。

在计算梁端弯矩时，必须考虑构件的刚度、裂缝、变形和内力的重分配，对内筒内壁的内壁弯矩进行调整。

在框架核心筒结构设计中，剪力墙的水平向梁端的嵌固是关键，结构设计者需要综合比较和分析梁端受力的各种因素，以加强框架核心筒结构的整体的稳定性。

2.5完善结构抗震性能评价标准
当框架核心筒结构设计完成之后，设计人员应采取科学合理的措施，控制平面扭转过大而造成的不利影响，评估建筑物结构自身的抗震水平。

具体来说，设计人员要结合现有的技术标准及参数进行评估：第一，设计人员要模拟小型地震对框架结构稳定性的影响，在标准测试支持下确定框架的弹性功能，确保框架处于一个弹性的工作状态，且各类基础构件不会出现开裂问题。

第二，中型地震模拟评价中，设计人员应当重视薄弱区域框架性能的评估，统计钢筋及混凝土是否存在开裂问题，保证框架的弹性在额定状态内。

因此，设计人员可利用非线性分析措施评估结构的屈服情况，切记不可破坏关键区域的结构形状。

第三，大型地震条件的模拟评价中，设计人员要确保各类构件的运行状态，使用非线性分析方式分析构件的屈服情况（部件处于屈服状态就需要进行调整）。

同时，设计人员要避免材料过脆而导致的断裂问题，对材料的变形状态进行统计，利用严格、系统、有效的处理方案限制变形指标，再结合设计规范和设计标准将楼层的最大位移角进行调整，降低地震对房屋的破坏影响。

以我参加过的项目为例（整体结构布置如下图）
虽然本工程，竖向构件有跨层柱、高位转换梁、斜柱和较大跨的外悬挑等构件，经过合理的布局和对剪力墙进行开洞处理，基本可以做到载荷中心与平面中心的重合，并且在各个构件之间比较均匀对称。

利用 YJK设计软件进行了总体设计，得出的各项参数指标都符合设计规范要求，并通过了超限专家评审。

结束语：
建筑结构设计中，设计人员应当重视房屋稳定性、功能性的评估，尤其是选择正确的结构设计要点，提高结构设计的有效性。

因此，设计人员要评估出框架核心筒结构设计的重点，再给予必要的分析与总结，确定框架核心筒的水平载荷和竖直载荷规格，稳定框架核心筒的基础功能，提高平面布置的灵活度。

参考文献：
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