框架-核心筒混合結構的研究現狀與展望

靳思騫

(長江大學,湖北 荊州 434023)

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框架-核心筒混合結構的研究現狀與展望

靳思騫

(長江大學,湖北 荊州 434023)

基于對框架-核心筒混合結構的概念概述，分析總結了框架-核心筒混合結構的組合類型和特點。通過對框架-核心筒混合結構特點的總結，提出框架-核心筒混合結構的幾大優點：結構受力合理，施工方便，有效的縮短了工期，結構剛度大，提高了抗風及抗震性能，材料利用率高，成本低等特點而被大量的用于高層特別是超高層建筑中。根據框架-核心筒混合結構的研究現狀，提出框架-核心筒混合結構的研究新課題。

框架—核心筒;混合結構

1　框架-核心筒混合結構的概念

框架-核心筒混合結構是指剛度較小的框架結構與剛度較大的核心筒結構通過有效的組合方式而成的一種新型混合結構。目前框架-核心筒混合結構體系主要包括鋼框架-混凝土核心筒組合體系，鋼混組合框架-混凝土核心筒混合結構體系，型鋼混凝土框架-混凝土核心筒混合體系。

2　各類型組合結構的研究現狀

1994年，中國建筑科學研究院結構研究所龔炳年[1]對一棟23層的鋼框架-鋼筋混凝土核心筒混合結構的模型進行動力特性的試驗研究。結果表明：該模型的阻尼比約為3%～4%；模型的整體性能良好，其剛度性能優于鋼結構，變形性能優于鋼筋混凝土，該試驗結果亦表明，鋼與混凝土構件的良好鏈接是保證混合結構抗震性能的關鍵。

之后李國強[2]、褚德文[3]、梁博、黃義[4]等分別對25層的外鋼框架-鋼筋混凝土混合結構模型和12層的鋼框架-鋼筋混凝土核心筒混合結構進行模擬地震的振動臺試驗。研究結果表明：模型具有良好的延性性能。

關于型鋼混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒混合結構的研究主要有：2005年中國建筑科學研究院的徐培福[5]等對一棟30層的型鋼混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒混合結構模型進行了擬靜力試驗，研究結果表明：型鋼混凝土框架與核心筒具有良好的協同性能，使結構整體具有較高的承載能力，抗震性能良好，整個試驗過程中沒有發生剪切破壞現象最終在傾覆力矩作用下核心筒的地步墻肢受拉及外框柱被拉斷而破壞。

3　框架-核心筒結構的變形和受力特點

單獨的框架結構在水平荷載的作用下發生剪切型的變形，其層間位移角從上到下逐層增大，越靠近頂層水平位移增長越小；而單獨的核心筒結構受到水平荷載作用時，呈彎曲型的變形曲線，其層間位移角從上到下逐層減小，與框架結構的變化形式恰恰相反。單獨的框架結構在水平荷載作用下所產生的剪力，如按剛度分配方式應該是從上到下逐步增大，而連桿的內力對框架的剪力上不加，下部減，使框架所承受的水平剪力分布均勻，從而使框架梁、柱截面不至于發生太大的變化。對于核心筒來說，上不連桿的作用與水平荷載相反，因為這種作用力發生的位置較高而引起了反向彎矩，使核心筒下部的最大彎矩值減小，從而有助于核心筒底部破壞的推遲。

4　框架-核心筒結構在我國的發展和應用

從上世紀50年代開始，型鋼混凝土結構逐漸被我國建筑業采用，80年代之后，隨著國內經濟的飛速發展，關于型鋼混凝土的研究逐漸被學者重視。并且具資料表明，隨著我國經濟化進程的不斷發展和人類需求的提高，高層和超高層必然成為今后的主流，而混合結構也必然在工程建設中扮演重要的角色。

5　抗震設計中應注意的問題與措施

(1)轉換層的設計高度應受到限制，因為轉換層的設計高度越高，其附近樓層的剛度及其內力分布突變越劇烈，因此在抗震設計事應注意限制此類結構的轉換層高度。

(2)轉換層的上下等效側向剛度比應受到限制，因為轉換層上下等效側向剛度比越大，導致結構剛度越弱，對結構的抗震性能不利。因此應該嚴格控制此類結構的轉換層上下等效側向剛度比。

(3)設置轉換層會增大混凝土核心筒承擔的地震傾覆力矩，因此應加厚核心筒底部的墻體。

(4)應調整轉換層下部框支架在地震作用下的剪力值，以保證外圍框架能夠在地震作用下起到二道防線的作用。

(5)結構受力分析應準確，高層建筑除了承受豎向荷載外，還會承受水平荷載引起的剪力、彎矩和軸力，導致結構的豎向壓應力分布復雜。在結構設計過程中應對這方面的影響做全面的分析。

6　框架-核心筒混合結構的研究展望

隨著框架-核心筒結構在實際工程中的廣泛應用，越來越多的學者從事相關方面的研究工作，其具體的研究內容可歸結為以下三個方面。

(1)混合結構的剛度退化機理，由于相關框架-核心筒混合結構的參考文獻較少，對于混合結構的剛度退化系數較難掌握。應該加強對混合結構剛度退化方面的研究工作，以便在今后的研究工作中能夠更準確的獲得框架-核心筒混合結構中框架的最不利受力狀態，為調整框架所承擔的水平建立提供依據。

(2)混合結構本身的力學性能研究，主要涉及框架-核心筒混合結構的疲勞性能；損傷機理；以及倒塌判斷準則，試驗數值模擬與有限元分析，框架-核心筒混合結構的可靠性分析等問題。

(3)框架結構與核心筒結構協同工作問題，由于混合結構中核心筒部分的剛度較框架大的多，容易造成抗震性能不協調問題，在較大的地震作用下不能起到第二道防線的作用，發揮不了其優勢所在，因此有必要對該類結構的抗震性能做進一步的研究。

[1]龔炳年,郝銳坤,趙寧.鋼-混凝土混合結構模型試驗研究[J].建筑科學,1994,1:10-14.

[2]李國強,周向明,丁翔.高層建筑鋼-混凝土混合結構模型模擬地震振動臺試驗研究[J].建筑結構學報,2001,22(2):2-7.

[3]儲德文,梁博,王明貴.鋼框架-混凝土筒體混合結構的抗震性能振動臺試驗研究[J].建筑結構,2005,35(8):69-72.

[4]梁博.鋼框架-混凝土筒體混合結構的抗震性能振動臺試驗研究[碩士學位論文].西安: 西安建筑科技大學,2005.

[5]徐培福,薛彥濤等.高層型鋼混凝土框筒混合結構抗震性能試驗研究.建筑結構,2005,35(5):3-8.

國家自然科學基金項目；項目編號：51378077

靳思騫(1991-)，男，河南鶴壁人，工程碩士，研究方向：型鋼混凝土結構。

TU399

A

1671-1602(2016)18-0051-01