混凝土核心筒在高层建筑中的应用和抗震研究综述.pdfVIP

混凝土核心筒在高层建筑中的应用及抗震研究综述① 史庆轩 门进杰王秋维 (西安建筑科技大学土木工程学院 陕西 西安710055) 摘要 回顾了混凝土核一11,筒在高层建筑中的应用和发展历史，对混凝土核，11,筒的受力特点以及抗震 性能的研究现状进行了论述，指出了混凝土核-11,筒在抗震研究中存在的主要问题和今后需要进一步研 究的方向。 关键词 混凝土核一II,筒；抗震研究；高层建筑 引言 在高层建筑中，根据结构承受的荷载和抗侧力要求，出现了十多种高层建筑结构体系。组成 这些结构体系的构件可归纳为三种基本形式，即线形构件、面形构件和立体构件【l】。对线形构件 (如梁、柱、支撑、桁架等)和面形构件(楼板、剪力墙或抗震墙等)，国内外已做了大量的理论 分析和试验研究工作，其受力行为和抗震性能较为明确。但对于立体构件，如高层建筑中的楼(电) 梯间、筒中筒结构的内筒、框架一核心筒结构的核心筒等，进行的受力性能研究和抗震性能研究非 常缺乏。同时，由于混凝土筒体具有比线形构件和面形构件大得多的抗侧刚度和空间刚度，被广 泛地用于(超)高层建筑结构中。例如，我国(超)高层建筑绝大部分为混凝土结构或钢一混凝土 混合结构，相应的实腹筒和核心筒也为钢筋或钢骨混凝土。本文系统地总结、论述了混凝土核心 筒在高层建筑中的应用及其抗震研究的发展现状，指出了抗震研究中存在的主要问题和今后需要 进一步研究的方向。 1 混凝土核心筒在高层建筑中的应用 近年来，由于框架一混凝土核心筒混合结构具有很强的性能优势和经济优势，在我国的发展和 应用极其迅速【2~6】。由于这种混合结构体系比钢结构的用钢量少，又可减小柱子断面，常常为业 主所看重。钢框架或型钢混凝土框架具有较高的材料强度，主要承受竖向荷载，同时还可利用钢 框架的轻巧性，做成较大跨度的楼面结构。目前我国已建高度超过150m的高层建筑混合结构中 有19栋采用了框架一混凝土核心筒结构体系[4】，这种结构体系在非地震区和地震区均有应用，其 中有不少是在7度及其以上抗震设防地区，高度有的甚至超过300m【6J。例如，上海金茂大厦(88 土柱及钢柱形成的框架一核心筒混合结构，此外，采用混凝土核心筒的还有深圳地王大厦(81层 ①基金项目：陕西省自然科学基础研究计划项目(2005E232) 一417一 筒中筒结构中，采用框筒作为外筒，实腹筒作内筒，内筒与外筒通过水平刚度很大的楼板连接， 型钢混凝土结构筒中简体系，内筒为混凝土简体，外筒为型钢混凝土框筒；海口金融大厦(48层 169m)为型钢混凝土结构筒中简体系，其内筒为型钢混凝土简体，外筒为型钢混凝土框筒。由此 可见，混凝土核心筒和实腹简已经成为我国高层建筑特别是超高层建筑中不可或缺的最为主要的 抗侧力结构单元。 框架一混凝土核心筒结构虽在我国被大量采用，但国外在地震区很少采用该类结构体系。美国 的一些设计规程曾指出【刀，这种混合结构体系的抗震性能基本上取决于混凝土核心筒。在历史上 它有过遭受地震破坏的记录(1994年美国阿拉斯加地震，一栋14层的旅馆大楼完全倒塌，而倒 塌的原因就是由钢筋混凝土核心筒倒塌引起的)，加之对这种结构的抗震问题没有进行过系统的 研究，因此认为不宜用于地震区，且认为高度不宜大于150m。日本仅在1992年建造了两座高度 分别为78m和107m的钢框架一混凝土核心筒混合结构的高层建筑，并结合这种建筑对其抗震设 计方法、核心筒墙柱和连梁的试验等开展了一定的研究。但这两座建筑高度都不大，并且由于日 本国内工程界对这种结构体系的抗震性能有争议，至今尚未出现第三例。 2混凝土核心筒的受力特点及抗震性能 一般认为，框架一混凝土核心筒混合结构与框架一剪力墙结构的工作原理类似，框架和混凝土通 过楼板核心筒，两者协同，共同抵御地震作用，为双重抗侧力体系。其中，混凝土核心筒具有较大 的抗侧刚度，为主要的抗侧力结构单元，承受绝大部分水平荷载，外围框架主要承受竖向荷载，仅 分担一小部分水平荷载。因此，在此类结构体系中混凝土核心筒的抗震性能显得尤为重要。因为混 凝土核心筒作为第一道抗震防线，在小震时，核心筒处于弹性阶段并承担大部分的地震剪力，而进 入弹塑性阶段后，核心简要有足够的弹塑性变形能力，把地震作用有效地传递给第二道抗震防线， 并保持结构的稳定性，使之在大震作用时不至于倒塌。