框架-核心筒混合结构的研究现状与展望

靳思骞

(长江大学,湖北 荆州 434023)



框架-核心筒混合结构的研究现状与展望

靳思骞

(长江大学,湖北 荆州 434023)

基于对框架-核心筒混合结构的概念概述，分析总结了框架-核心筒混合结构的组合类型和特点。通过对框架-核心筒混合结构特点的总结，提出框架-核心筒混合结构的几大优点：结构受力合理，施工方便，有效的缩短了工期，结构刚度大，提高了抗风及抗震性能，材料利用率高，成本低等特点而被大量的用于高层特别是超高层建筑中。根据框架-核心筒混合结构的研究现状，提出框架-核心筒混合结构的研究新课题。

框架—核心筒;混合结构

1　框架-核心筒混合结构的概念

框架-核心筒混合结构是指刚度较小的框架结构与刚度较大的核心筒结构通过有效的组合方式而成的一种新型混合结构。目前框架-核心筒混合结构体系主要包括钢框架-混凝土核心筒组合体系，钢混组合框架-混凝土核心筒混合结构体系，型钢混凝土框架-混凝土核心筒混合体系。

2　各类型组合结构的研究现状

1994年，中国建筑科学研究院结构研究所龚炳年[1]对一栋23层的钢框架-钢筋混凝土核心筒混合结构的模型进行动力特性的试验研究。结果表明：该模型的阻尼比约为3%～4%；模型的整体性能良好，其刚度性能优于钢结构，变形性能优于钢筋混凝土，该试验结果亦表明，钢与混凝土构件的良好链接是保证混合结构抗震性能的关键。

之后李国强[2]、褚德文[3]、梁博、黄义[4]等分别对25层的外钢框架-钢筋混凝土混合结构模型和12层的钢框架-钢筋混凝土核心筒混合结构进行模拟地震的振动台试验。研究结果表明：模型具有良好的延性性能。

关于型钢混凝土框架-钢筋混凝土核心筒混合结构的研究主要有：2005年中国建筑科学研究院的徐培福[5]等对一栋30层的型钢混凝土框架-钢筋混凝土核心筒混合结构模型进行了拟静力试验，研究结果表明：型钢混凝土框架与核心筒具有良好的协同性能，使结构整体具有较高的承载能力，抗震性能良好，整个试验过程中没有发生剪切破坏现象最终在倾覆力矩作用下核心筒的地步墙肢受拉及外框柱被拉断而破坏。

3　框架-核心筒结构的变形和受力特点

单独的框架结构在水平荷载的作用下发生剪切型的变形，其层间位移角从上到下逐层增大，越靠近顶层水平位移增长越小；而单独的核心筒结构受到水平荷载作用时，呈弯曲型的变形曲线，其层间位移角从上到下逐层减小，与框架结构的变化形式恰恰相反。单独的框架结构在水平荷载作用下所产生的剪力，如按刚度分配方式应该是从上到下逐步增大，而连杆的内力对框架的剪力上不加，下部减，使框架所承受的水平剪力分布均匀，从而使框架梁、柱截面不至于发生太大的变化。对于核心筒来说，上不连杆的作用与水平荷载相反，因为这种作用力发生的位置较高而引起了反向弯矩，使核心筒下部的最大弯矩值减小，从而有助于核心筒底部破坏的推迟。

4　框架-核心筒结构在我国的发展和应用

从上世纪50年代开始，型钢混凝土结构逐渐被我国建筑业采用，80年代之后，随着国内经济的飞速发展，关于型钢混凝土的研究逐渐被学者重视。并且具资料表明，随着我国经济化进程的不断发展和人类需求的提高，高层和超高层必然成为今后的主流，而混合结构也必然在工程建设中扮演重要的角色。

5　抗震设计中应注意的问题与措施

(1)转换层的设计高度应受到限制，因为转换层的设计高度越高，其附近楼层的刚度及其内力分布突变越剧烈，因此在抗震设计事应注意限制此类结构的转换层高度。

(2)转换层的上下等效侧向刚度比应受到限制，因为转换层上下等效侧向刚度比越大，导致结构刚度越弱，对结构的抗震性能不利。因此应该严格控制此类结构的转换层上下等效侧向刚度比。

(3)设置转换层会增大混凝土核心筒承担的地震倾覆力矩，因此应加厚核心筒底部的墙体。

(4)应调整转换层下部框支架在地震作用下的剪力值，以保证外围框架能够在地震作用下起到二道防线的作用。

(5)结构受力分析应准确，高层建筑除了承受竖向荷载外，还会承受水平荷载引起的剪力、弯矩和轴力，导致结构的竖向压应力分布复杂。在结构设计过程中应对这方面的影响做全面的分析。

6　框架-核心筒混合结构的研究展望

随着框架-核心筒结构在实际工程中的广泛应用，越来越多的学者从事相关方面的研究工作，其具体的研究内容可归结为以下三个方面。

(1)混合结构的刚度退化机理，由于相关框架-核心筒混合结构的参考文献较少，对于混合结构的刚度退化系数较难掌握。应该加强对混合结构刚度退化方面的研究工作，以便在今后的研究工作中能够更准确的获得框架-核心筒混合结构中框架的最不利受力状态，为调整框架所承担的水平建立提供依据。

(2)混合结构本身的力学性能研究，主要涉及框架-核心筒混合结构的疲劳性能；损伤机理；以及倒塌判断准则，试验数值模拟与有限元分析，框架-核心筒混合结构的可靠性分析等问题。

(3)框架结构与核心筒结构协同工作问题，由于混合结构中核心筒部分的刚度较框架大的多，容易造成抗震性能不协调问题，在较大的地震作用下不能起到第二道防线的作用，发挥不了其优势所在，因此有必要对该类结构的抗震性能做进一步的研究。

[1]龚炳年,郝锐坤,赵宁.钢-混凝土混合结构模型试验研究[J].建筑科学,1994,1:10-14.

[2]李国强,周向明,丁翔.高层建筑钢-混凝土混合结构模型模拟地震振动台试验研究[J].建筑结构学报,2001,22(2):2-7.

[3]储德文,梁博,王明贵.钢框架-混凝土筒体混合结构的抗震性能振动台试验研究[J].建筑结构,2005,35(8):69-72.

[4]梁博.钢框架-混凝土筒体混合结构的抗震性能振动台试验研究[硕士学位论文].西安: 西安建筑科技大学,2005.

[5]徐培福,薛彦涛等.高层型钢混凝土框筒混合结构抗震性能试验研究.建筑结构,2005,35(5):3-8.

国家自然科学基金项目；项目编号：51378077

靳思骞(1991-)，男，河南鹤壁人，工程硕士，研究方向：型钢混凝土结构。

TU399

A

1671-1602(2016)18-0051-01