框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀與展望

靳思騫

(長江大學(xué),湖北 荊州 434023)

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框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀與展望

靳思騫

(長江大學(xué),湖北 荊州 434023)

基于對(duì)框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)的概念概述，分析總結(jié)了框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)的組合類型和特點(diǎn)。通過對(duì)框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的總結(jié)，提出框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)的幾大優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)受力合理，施工方便，有效的縮短了工期，結(jié)構(gòu)剛度大，提高了抗風(fēng)及抗震性能，材料利用率高，成本低等特點(diǎn)而被大量的用于高層特別是超高層建筑中。根據(jù)框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀，提出框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)的研究新課題。

框架—核心筒;混合結(jié)構(gòu)

1　框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)的概念

框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)是指剛度較小的框架結(jié)構(gòu)與剛度較大的核心筒結(jié)構(gòu)通過有效的組合方式而成的一種新型混合結(jié)構(gòu)。目前框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀

1994年，中國建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)研究所龔炳年[1]對(duì)一棟23層的鋼框架-鋼筋混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)的模型進(jìn)行動(dòng)力特性的試驗(yàn)研究。結(jié)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(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)，變形性能優(yōu)于鋼筋混凝土，該試驗(yàn)結(jié)果亦表明，鋼與混凝土構(gòu)件的良好鏈接是保證混合結(jié)構(gòu)抗震性能的關(guān)鍵。

之后李國強(qiáng)[2]、褚德文[3]、梁博、黃義[4]等分別對(duì)25層的外鋼框架-鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)模型和12層的鋼框架-鋼筋混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬地震的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。研究結(jié)果表明：模型具有良好的延性性能。

關(guān)于型鋼混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)的研究主要有：2005年中國建筑科學(xué)研究院的徐培福[5]等對(duì)一棟30層的型鋼混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)，研究結(jié)果表明：型鋼混凝土框架與核心筒具有良好的協(xié)同性能，使結(jié)構(gòu)整體具有較高的承載能力，抗震性能良好，整個(gè)試驗(yàn)過程中沒有發(fā)生剪切破壞現(xiàn)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(jié)構(gòu)的變形和受力特點(diǎn)

單獨(dú)的框架結(jié)構(gòu)在水平荷載的作用下發(fā)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??；而單獨(dú)的核心筒結(jié)構(gòu)受到水平荷載作用時(shí)，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(jié)構(gòu)的變化形式恰恰相反。單獨(dú)的框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下所產(chǎn)生的剪力，如按剛度分配方式應(yīng)該是從上到下逐步增大，而連桿的內(nèi)力對(duì)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(fā)生太大的變化。對(duì)于核心筒來說，上不連桿的作用與水平荷載相反，因?yàn)檫@種作用力發(fā)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(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展和應(yīng)用

從上世紀(jì)50年代開始，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)逐漸被我國建筑業(yè)采用，80年代之后，隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，關(guān)于型鋼混凝土的研究逐漸被學(xué)者重視。并且具資料表明，隨著我國經(jīng)濟(jì)化進(jìn)程的不斷發(fā)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(jié)構(gòu)也必然在工程建設(shè)中扮演重要的角色。

5　抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題與措施

(1)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)高度應(yīng)受到限制，因?yàn)檗D(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)高度越高，其附近樓層的剛度及其內(nèi)力分布突變越劇烈，因此在抗震設(shè)計(jì)事應(yīng)注意限制此類結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層高度。

(2)轉(zhuǎn)換層的上下等效側(cè)向剛度比應(yīng)受到限制，因?yàn)檗D(zhuǎn)換層上下等效側(cè)向剛度比越大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度越弱，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能不利。因此應(yīng)該嚴(yán)格控制此類結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層上下等效側(cè)向剛度比。

(3)設(shè)置轉(zhuǎn)換層會(huì)增大混凝土核心筒承擔(dān)的地震傾覆力矩，因此應(yīng)加厚核心筒底部的墻體。

(4)應(yīng)調(diào)整轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)受力分析應(yīng)準(zhǔn)確，高層建筑除了承受豎向荷載外，還會(huì)承受水平荷載引起的剪力、彎矩和軸力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的豎向壓應(yīng)力分布復(fù)雜。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)對(duì)這方面的影響做全面的分析。

6　框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)的研究展望

隨著框架-核心筒結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的廣泛應(yīng)用，越來越多的學(xué)者從事相關(guān)方面的研究工作，其具體的研究內(nèi)容可歸結(jié)為以下三個(gè)方面。

(1)混合結(jié)構(gòu)的剛度退化機(jī)理，由于相關(guān)框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)的參考文獻(xiàn)較少，對(duì)于混合結(jié)構(gòu)的剛度退化系數(shù)較難掌握。應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)混合結(jié)構(gòu)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(zhǔn)確的獲得框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)中框架的最不利受力狀態(tài)，為調(diào)整框架所承擔(dān)的水平建立提供依據(jù)。

(2)混合結(jié)構(gòu)本身的力學(xué)性能研究，主要涉及框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)的疲勞性能；損傷機(jī)理；以及倒塌判斷準(zhǔn)則，試驗(yàn)數(shù)值模擬與有限元分析，框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)的可靠性分析等問題。

(3)框架結(jié)構(gòu)與核心筒結(jié)構(gòu)協(xié)同工作問題，由于混合結(jié)構(gòu)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(xié)調(diào)問題，在較大的地震作用下不能起到第二道防線的作用，發(fā)揮不了其優(yōu)勢所在，因此有必要對(duì)該類結(jié)構(gòu)的抗震性能做進(jìn)一步的研究。

[1]龔炳年,郝銳坤,趙寧.鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)研究[J].建筑科學(xué),1994,1:10-14.

[2]李國強(qiáng),周向明,丁翔.高層建筑鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)模型模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2001,22(2):2-7.

[3]儲(chǔ)德文,梁博,王明貴.鋼框架-混凝土筒體混合結(jié)構(gòu)的抗震性能振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu),2005,35(8):69-72.

[4]梁博.鋼框架-混凝土筒體混合結(jié)構(gòu)的抗震性能振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[碩士學(xué)位論文].西安: 西安建筑科技大學(xué),2005.

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

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目；項(xiàng)目編號(hào)：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(jié)構(gòu)。

TU399

A

1671-1602(2016)18-0051-01