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【同辰原創(chuàng)】框筒還是框剪，如何選，大有學(xué)問

時(shí)間：2023-12-25
作者：同辰建筑
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本文結(jié)合框架-剪力墻及框架-核心筒結(jié)構(gòu)的受力特性，進(jìn)行簡單分析及總結(jié)，以供同行學(xué)習(xí)交流。

主要分五大塊內(nèi)容展開來講：①結(jié)構(gòu)體系的定義；②受力特點(diǎn)；③存在疑點(diǎn)；④探討焦點(diǎn)；⑤結(jié)論。

01 結(jié)構(gòu)體系的定義：

當(dāng)框架布置在周邊，筒體布置在中間時(shí)，成為框架-核心筒結(jié)構(gòu)。它是框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的一種特例。因?yàn)樗耐饪蚣苤g距較大，柱數(shù)量一般不多，有時(shí)會(huì)很少，剪力墻組成的核心筒成為抵抗水平力的主要構(gòu)件，因此國家高規(guī)把它歸入筒體體系。實(shí)際上，它的受力變形特點(diǎn)與框架-剪力墻結(jié)構(gòu)相同，具有協(xié)同工作的許多優(yōu)點(diǎn)。

在結(jié)構(gòu)體系中，①同時(shí)布置框架和剪力墻，就形成框架-剪力墻結(jié)構(gòu)；②兩個(gè)方向的剪力墻圍成筒體，就形成框架-核心筒結(jié)構(gòu)：二者可以統(tǒng)稱為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。在國家高規(guī)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JGJ 3-2010》第2章也有定義介紹。

▲ 高規(guī)規(guī)定

▲ 框架-剪力墻結(jié)結(jié)構(gòu)

▲ 框架-核心筒結(jié)構(gòu)

02 受力特點(diǎn)：

框架-剪力墻(筒體)結(jié)構(gòu)兼有架結(jié)布置靈活延性好的優(yōu)點(diǎn)和剪力墻結(jié)構(gòu)剛度大、承載力大的優(yōu)點(diǎn)。由于框架、剪力墻的協(xié)同受力，在結(jié)構(gòu)的底部框架側(cè)移減小，在結(jié)構(gòu)的上部剪力墻的側(cè)移減小，側(cè)移曲線兼有這兩種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，成為彎剪型。彎剪型變形曲線的層間變形沿建筑高度比較均勻，既減小了框架，也減小了剪力墻單獨(dú)抵抗水平力的層間變形，適合用于較高的建筑。

▲ a框架結(jié)構(gòu)變形曲線、b剪力墻結(jié)構(gòu)變形曲線、c框架-剪力墻（筒體）結(jié)構(gòu)變形曲線

可以說，框架-剪力墻(筒體)結(jié)構(gòu)綜合了框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)?？蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)成雙重抗側(cè)力體系，一般情況下，抵抗地震作用時(shí)，剪力墻(筒體)為第一道防線，框架為第二道防線，形成多道抗震設(shè)防結(jié)構(gòu)。

▲ 多道設(shè)防結(jié)構(gòu)示意圖

03 存在疑點(diǎn)：

根據(jù)抗規(guī)表6.1.2可知，框架-核心筒結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)，普遍比框架-剪力墻要求高。根據(jù)國家高規(guī)第9.1.2條“對(duì)高度不超過60m的框架-核心筒結(jié)構(gòu)，可按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”。

從該條文，可以看出，針對(duì)低烈度地區(qū)，似乎有不公平的對(duì)待？高烈度地區(qū)本應(yīng)該具有更高的構(gòu)造要求，但是因?yàn)楦咭?guī)第9.1.2條，構(gòu)造要求卻略有降低，這與結(jié)構(gòu)概念上不符。如9度區(qū)，對(duì)高度不超過60m的框架-核心筒結(jié)構(gòu)，均可按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)造要求明顯減弱。

▲ 抗規(guī)表6.1.2

▲ 高規(guī)第9.1.2條

根據(jù)第1節(jié)“結(jié)構(gòu)體系的定義”，第2點(diǎn)“結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)”，我們可知框架-核心筒結(jié)構(gòu)，屬于“特殊”的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。我們來探討下，什么情況下，框架-核心筒結(jié)構(gòu)可以按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)呢？

04 探討焦點(diǎn)：

根據(jù)國家高規(guī)第3.3.1條，框架-核心筒結(jié)構(gòu)房屋的最大適用高度要高于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度較低時(shí)，框架-核心筒結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的房屋最大適用高度比房屋高度 60m 高很多。而在9度時(shí)，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)房屋的最大適用高度為50m<60m。

▲框架-核心筒，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)房屋的A級(jí)最大適用高度

規(guī)范統(tǒng)一規(guī)定“對(duì)高度不超過 60m的框架-核心筒結(jié)構(gòu)，可按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”對(duì)較低設(shè)防烈度地區(qū)的房屋要求過嚴(yán)。以7 度、8度（0.3g）為例進(jìn)行分析，如下表所示：

規(guī)范對(duì)框架-核心筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求嚴(yán)于對(duì)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。理論上，對(duì)框架-核心筒結(jié)構(gòu)的要求，應(yīng)該適用于房屋高度接近或超過框架-剪力墻結(jié)構(gòu)房屋高度限值的結(jié)構(gòu)。

否則，在同時(shí)可采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致采用較好的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系需采取更為嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)措施，所需的結(jié)構(gòu)費(fèi)用較高，而采用整體性相對(duì)較差的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，卻能得到規(guī)范的“獎(jiǎng)賞”(采取相對(duì)不嚴(yán)的結(jié)構(gòu)措施，所需的結(jié)構(gòu)費(fèi)用也較低)，很不合理。

05 結(jié)論：

對(duì)房屋高度不是很高的框架-核心筒結(jié)構(gòu)，可按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其界限高度可依據(jù)抗震設(shè)防烈度的不同及工程的具體情況確定 (房屋高度超過 60m時(shí)，應(yīng)先與施工圖審查單位溝通)，一般情況下，可參考朱炳寅《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程應(yīng)用與分析》建議，按不超過框架-剪力墻結(jié)構(gòu)房屋最大適用高度的 80%確定。