[科普中國(guó)]-核心筒

核心筒就是在建筑的中央部分，由電梯井道、樓梯、通風(fēng)井、電纜井、公共衛(wèi)生間、部分設(shè)備間圍護(hù)形成中央核心筒，與外圍框架形成一個(gè)外框內(nèi)筒結(jié)構(gòu)，以鋼筋混凝土澆筑。此種結(jié)構(gòu)十分有利于結(jié)構(gòu)受力，并具有極優(yōu)的抗震性。是國(guó)際上超高層建筑廣泛采用的主流結(jié)構(gòu)形式。同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性還在于可爭(zhēng)取盡量寬敞的使用空間，使各種輔助服務(wù)性空間向平面 的中央集中，使主功能空間占據(jù)最佳的采光位置，并達(dá)到視線良好、內(nèi)部交通便捷效果。

簡(jiǎn)介核心筒有鋼筋混凝土密柱組成的束筒空腹式和鋼筋混凝土剪力墻式的實(shí)腹式核心筒。

鋼筋混凝土核心筒—鋼框架結(jié)構(gòu)中，混凝土芯筒主要用于抵抗水平側(cè)力。由于材料特點(diǎn)造成兩種構(gòu)件截面差異較大，鋼筋混凝土核心筒的抗側(cè)向剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼框架，隨著樓層增加，核心筒承擔(dān)作用于建筑物上的水平荷載比重越大。鋼框架部分主要是承擔(dān)豎向荷載及少部分水平荷載，隨著樓層增加，鋼框架承擔(dān)作用于建筑物上的水平荷載比重越小，由于鋼材強(qiáng)度高，可以有效減少柱體截面，增加建筑使用面積。

過(guò)于增強(qiáng)核心筒剛度而形成弱鋼框架結(jié)構(gòu)體系，會(huì)造成在強(qiáng)震作用下，混凝土墻體開(kāi)裂，結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)向剛度迅速下降，而鋼框架結(jié)構(gòu)部分承擔(dān)水平荷載的比重迅速增加，超越鋼框架承載能力，脫離結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)預(yù)想，其破壞是很嚴(yán)重的甚至倒塌1。

高層住宅樓中筒的基本元素1、安全疏散口：封閉樓梯或防煙樓梯及前室；

2、電梯，電梯廳及消防電梯前室；

3、公共走道；

4、設(shè)備設(shè)施及設(shè)備管井。

抗震設(shè)計(jì)在美國(guó)這種結(jié)構(gòu)體系被認(rèn)為是不適宜用于地震區(qū)高層建筑的，因?yàn)橐延泄こ淘?jīng)發(fā)生過(guò)在地震中倒塌的實(shí)例；日本整個(gè)國(guó)家處于高烈度地區(qū)，這種結(jié)構(gòu)體系受到很大限制，若建造45米以上的鋼筋混凝土核心筒—鋼框架結(jié)構(gòu)，需嚴(yán)格審批做針對(duì)性研究，謹(jǐn)慎實(shí)施。從兩國(guó)的態(tài)度上來(lái)看，在高烈度地震區(qū)采用這種形式需三思。

拋開(kāi)地震影響，如果建筑物的水平作用主要是風(fēng)荷載的話，由于混凝土剪力墻的存在，該結(jié)構(gòu)體系可以有效地控制風(fēng)荷載作用下的順風(fēng)向和橫風(fēng)向最大加速度，較純鋼框架結(jié)構(gòu)容易滿足層間位移限制要求，在結(jié)構(gòu)造價(jià)上也可獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益2。

回到抗震設(shè)計(jì)上，我國(guó)高層規(guī)范里要求：鋼框架-鋼筋混凝土筒體結(jié)構(gòu)各層框架柱所承擔(dān)的地震剪力不應(yīng)小于結(jié)構(gòu)底部總剪力的25%和框架部分地震剪力最大值的1.8倍二者的較小值。與之對(duì)應(yīng)的混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的要求：各層框架柱所承擔(dān)的地震剪力不應(yīng)小于結(jié)構(gòu)底部總剪力的20%和框架部分地震剪力最大值的1.5倍二者的較小值。在我們國(guó)家抗震設(shè)計(jì)有一個(gè)特點(diǎn)，就是很多地方強(qiáng)制提高抗震等級(jí)，例如北京大部分地區(qū)本屬于七度設(shè)防，從政治需要定為八度設(shè)防，所以我國(guó)的規(guī)范從經(jīng)濟(jì)適用的角度出發(fā)，還是對(duì)這種結(jié)構(gòu)給予支持態(tài)度的，不過(guò)作為設(shè)計(jì)人員要了解這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，根據(jù)所在地區(qū)的情況針對(duì)設(shè)計(jì)。我國(guó)規(guī)范屬于強(qiáng)制性文件，其中很多條款也是社會(huì)利益集團(tuán)博弈的結(jié)果，從公開(kāi)的文件和言論來(lái)看，即使是高鋼規(guī)、高層規(guī)、抗震規(guī)的主編人員對(duì)這種結(jié)構(gòu)體系也存在一定分歧。

如果外圍鋼架柱采用密柱方案，即采用內(nèi)鋼筋混凝土核心筒—外鋼框架密柱筒中筒結(jié)構(gòu)，可以有效的增加鋼框架抗側(cè)向剛度，大幅減少芯筒承擔(dān)地震傾覆力矩，有效降低混凝土墻體受壓區(qū)高度和壓應(yīng)力，減少混凝土發(fā)生剪壓脆性破壞，提高混凝土延性指標(biāo)，避免在地震作用下引起剛度退化。

除此以外，采用鋼筋混凝土核心筒—鋼框架結(jié)構(gòu)方案，可以有效地設(shè)計(jì)框架梁與核心筒連接為鉸接，這是混凝土框架難以做到的，設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)工程特點(diǎn)，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)鉸接節(jié)點(diǎn)，減少建筑物整體抗側(cè)向剛度，合理分配芯筒和框架之間的抗側(cè)力剛度比；也可以設(shè)置弱剛接節(jié)點(diǎn)，即在正常適用狀態(tài)下和風(fēng)荷載控制狀態(tài)下，節(jié)點(diǎn)為剛性連接，保持整體抗側(cè)向剛度；當(dāng)強(qiáng)震來(lái)臨時(shí)，使該節(jié)點(diǎn)主動(dòng)形成鉸節(jié)點(diǎn)，放松結(jié)構(gòu)剛度，降低地震作用。當(dāng)然做到這一點(diǎn)需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行多次設(shè)計(jì)，滿足各種工況需要，只怕很多情況下甲方容不得你做這些3。

核心筒結(jié)構(gòu)1、 核心筒宜貫通建筑物全高。核心筒的寬度不宜小于筒體總高的1/12，當(dāng)筒體結(jié)構(gòu)設(shè)置角筒、剪力墻或增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體剛度的構(gòu)件時(shí)，核心筒的寬度可適當(dāng)減小。

2、核心筒應(yīng)具有良好的整體性，并滿足下列要求：

（1）墻肢宜均勻、對(duì)稱布置；

（2）筒體角部附近不宜開(kāi)洞，當(dāng)不可避免時(shí)，筒角內(nèi)壁至洞口的距離不應(yīng)小于500mm和開(kāi)洞墻的截面厚度；

（3）核心筒外墻的截面厚度不應(yīng)小于層高的1/20及200mm，對(duì)一、二級(jí)抗震設(shè)計(jì)的底部加強(qiáng)部位不宜小于層高的1/16及200mm，不滿足時(shí)，應(yīng)按本規(guī)程附錄D計(jì)算墻體穩(wěn)定，必要時(shí)可增設(shè)扶壁柱或扶壁墻；在滿足承載力要求以及軸壓比限值（僅對(duì)抗震設(shè)計(jì)）時(shí)，核心筒內(nèi)墻可適當(dāng)減薄，但不應(yīng)小于160mm；

（4）筒體墻的水平、豎向配筋不應(yīng)少于兩排；

（5）抗震設(shè)計(jì)時(shí)，核心筒的連梁，宜通過(guò)配置交叉暗撐、設(shè)水平縫或減小梁截面的高寬比等措施來(lái)提高連梁的延性。

3、抗震設(shè)計(jì)時(shí)，各層框架柱的地震剪力應(yīng)參照本規(guī)程第8．1．4條的規(guī)定予以調(diào)整。

4、框架/核心筒結(jié)構(gòu)的周邊柱間必須設(shè)置框架梁。

5、核心筒連梁的受剪截面應(yīng)符合本規(guī)程第9．3．6條的要求，其構(gòu)造設(shè)計(jì)應(yīng)符合本規(guī)程第9．3．7～9．3．8條的規(guī)定3。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)