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摘要：在我国高层建筑中，框架－核心筒是一种常见的结构体系，其集合多种结构体系的优势特征于一体，可提高高层建筑的稳定性、安全性。文章主要对高层钢筋混凝土框架－核心筒结构体系的受力特征进行了分析，并提出了高层钢筋混凝土框架－核心筒结构体系的优化思路，以供借鉴、参考。
关键词：高层建筑；钢筋混凝土；框架－核心筒结构体系
城市化建设进程的不断加快，推进着我国建筑行业的蓬勃发展，但与此同时，我国建筑用地资源不断缩减。高层建筑的产生与发展，为缓解用地资源紧张、建筑工程增多之间的矛盾做出了重要的贡献。当下，人们对建筑物提出了更高的要求，不仅要具备良好的使用性能，还要具备一定的观赏性，使得框架－核心筒结构体系脱颖而出，成为高层钢筋混凝土建筑的主要结构形式之一。
1.高层钢筋混凝土框架－核心筒结构体系的受力特征
与普通框架单片剪力墙结构相比，框架－核心筒结构体系的受力情况有着很大的不同。通常来说，普通框架为平面结构，无需对平面外的作用进行考虑。框架－核心筒结构平面内外的刚度、承载力有着明显的不同，特别是外框架，在遭受水平荷载作用的时候，平行于水平荷载的腹板框架、垂直于水平荷载的翼缘框架均会参与工作。此时，水平剪力由腹板框架承担，而倾覆力矩是由翼缘框架、腹板框架一起承担。在水平荷载作用下，单片剪力墙竖向应力呈三角形分布，核心筒是由多片剪力墙组成的筒状闭合筒体，某片剪力墙相邻的两篇剪力墙便是其翼缘，与单片剪力墙相比，其刚度较大，因此翼缘提供的抗压面积、抗拉面积也远远大于单片剪力墙。受到水平荷载作用的时候，核心筒的受力与工字型钢相似，水平剪力是由腹板剪力墙承担，弯矩是由腹板剪力墙、平行于水平荷载的翼缘部分剪力墙共同承担。
2.高层钢筋混凝土框架－核心筒结构体系的优化思路
2.1抗震性能的优化
高层建筑设计中，应遵循多道设防、刚柔并济以及整体性等原则。高层建筑结构的强度，主要受到风荷载、地震作用的影响。因此高层建筑设计中需要充分考虑抗震性能的相关指标，采取科学方法，仔细分析建筑的抗震性能。例如，某高层建筑工程项目，采取了钢筋混凝土框架－核心筒结构体系，地上建筑面积9.3万平方面，地下建筑面积3.4万平方米。在对结构抗震性能进行设计的时候，该项目先收集建筑构件尺寸、混凝土强度等相关数据，详见表1。
表1 某高层建筑工程项目的混凝土强度等级
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在收集到相关数据之后，再用MIDAS BULDING软件，计算建筑结构内力、整体结构共同工作的性能、位移等情况，计算得到数据之后，采取动力时程分析法、静力弹塑性分析法进行比较，并结合实际情况，如-1层抗震等级与建筑上部结构相同、-2层抗震等级为2级以及-3、-4层抗震等级为3级，得出在遭受地震的时候，高层建筑底部最容易出现严重损害，因此，应着重对底部抗震性能进行加强。
2.2强度性能的优化
对于高层建筑来说，其结构强度性能主要受到结构布置情况的影响。因此，高层建筑采取混凝土框架－核心筒结构体系的的时候，也要充分考虑强度性能，对强度性能进行优化。例如，某高层建筑工程项目，建筑高度为199.85米，地上建筑面积为17.2万平方米，地下建筑面积为12.2万平方米， 塔楼平面轮廓长度、宽度分别为54.6米、35.5米。由于该建筑的高度在180米以上，且核心筒位于塔楼中间部位，无核心筒偏离中心的问题存在，建筑形状为矩形截面，因此，在对建筑强度性能进行分析的时候，重点对地震对建筑结构的影响进行了分析，发现该建筑的最大弹性层面位移角大多数位于结构中部偏上趋于，应注意应力作用下结构侧向强度容易出现突变，从而避免层间出现过大的位移角度。鉴于此，该高层建筑的核心筒面积不可过大，以免导致建筑使用面积减少，但若是核心筒面积过小，整体结构的抗侧刚度便不强，便会导致建筑物的抗风、抗震性能下降。因此，在对框架－核心筒结构体系进行优化的时候，应在确保建筑平面尺寸不变的前提下，对核心筒的尺寸进行合理调整。在保障建筑结构抗侧力、强度性能的基础上，可使核心筒平面面积占建筑平面面积的30%左右，采取这样的优化设计方案不仅可以确保建筑结构刚度足够，还有利于节约成本。
2.3加强层的优化
受到水平力作用的时候，核心筒往往会发生弯曲变形，在高层结构中容易出现较大的顶点侧移。为改善这种受力情况，应对结构传力路径进行优化设计。可采取整体力矩抵抗倾覆力矩的方式，但框架梁、筒体的刚度有限，因此抵抗倾覆力矩的能力也有限。针对超高层结构，设置水平加强层，可以有效提高楼层整体刚度，实现外框架柱抗剪刚度的提升，从而使外框架柱在加强层位置承受的剪力增加。加强层自身变形较小、刚度较大，可将其当作刚性板结构。受到水平荷载的时候，水平加强层会使两侧框架柱分别压缩或者是拉伸，外框架柱轴向拉、压力产生的力偶矩正好与外荷载带来的倾覆力矩方向相反，类似于为结构添加了一个反向力矩，在一定程度上抵消了筒体各截面在遭受水平荷载的时候出现的倾覆力矩，使得核心筒承担的内力矩被大幅度降低，避免了核心筒发生转动，减小了结构侧移，增加了抗侧力刚度。通过上述分析可以看出，通过设置加强层，可以提高结构整体刚度，减少结构的自振周期，加强层刚度增加，则降低结构自振周期的作用也就越明显。楼层地震作用力多集中于顶层，将加强层设置在建筑的顶部，地震反应力也会增加。其原因在于，振型分解反应也要按照地震作用力来进行设计。除此之外，不同楼层的作用力情况与楼层本自质量与振幅乘积直接相关，若在第一振型角度考虑，则振幅最大的状况通常是在振型曲线的最上部出现。这时，可适当增加加强层的数量，从而不断降低自振周期。楼层不断提升的情况下，这种效果逐渐减弱，因此，加强层的数量并不是越多越好，而是应该综合考虑各方面的因素。设置2个加强层，对抗震性能的影响最小，效果也最为明显，是最合理的方案。设置有限刚度加强层，可以避免局部内力剧增、减少刚度突变等情况，加强层附近也不会出现薄弱层，从而可以实现框架柱内力突变的减轻。
结语：
综上，建筑结构体系优化，是提高建筑物整体性能的主要策略，也是建筑行业发展过程中的一项重点研究内容。针对高层钢筋混凝土框架－核心筒结构体系，可从抗震性能、强度性能、加强层等方面入手进行优化。
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