高楼钢结构体系与工程实例：结构组成

1.竖构件

混凝土芯筒-钢框架结构体系（Steel Frame With Concrete Coretube Structural System），是指由钢筋混凝土核心筒与外圈的刚接或铰接钢框架（或型钢混凝土框架、钢管混凝土框架）共同组成的混合结构体系，简称芯筒-框架体系（图5-109）。

当高楼的楼层平面采用核心式建筑布置方案，沿楼面中心部位的服务性面积周边设置由钢筋混凝土墙体形成的芯筒，是一个立体构件，在各个方向均具有较大的抗推刚度。

混凝土芯筒是结构体系中的主要或惟一的抗侧力竖向构件。当楼面外圈为刚接框架时，芯筒承担着作用于整座楼房的水平荷载的大部分，小部分由钢框架承担。当楼面外圈为铰接框架时，芯筒则承担楼房的全部水平荷载。

刚接钢框架是弯曲杆系，但在水平荷载作用下的侧向变形曲线却如同伸臂剪切杆，因此，框架属剪切型抗侧力构件（图2-18b）。

2.水平构件

进行楼面构件布置时，应恰当安排各层楼盖的梁、板的走向，以便让更多的楼面重力荷载直接传到芯筒，加大其筒壁的竖向压应力，以提高水平荷载作用下芯筒的受剪承载力和抵抗倾覆力矩的能力。

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图5-109 采用芯筒-框架体系的日本神奈川县横滨工厂办公楼

当芯筒的高宽比值较大时，宜在顶层及每隔若干楼层的设备层或避难层，沿芯筒的纵、横墙体所在平面，设置整层楼高的外伸刚性桁架（刚臂），加强芯筒与外圈钢柱的连接，让外圈钢柱与芯筒连成一个侧向整体抗弯构件，以加大整个结构体系的抗推刚度和抵抗倾覆力矩的能力，减小结构的顶点侧移值和最大层间侧移值。

3.结构受力和变形特征

（1）混凝土芯筒，平面尺寸较小，水平荷载作用下单独工作时的侧移，主要是由芯筒侧向整体弯曲变形所产生，整体剪切变形在芯筒的侧移中所占比例较小，所以，芯筒更接近于弯曲型抗侧力构件（参见图2-18a）。

（2）整体结构体系在水平荷载作用下，与框架-支撑体系一样，通过类似于刚性横隔板的各层楼盖的联系，混凝土芯筒与外圈钢框架的侧向变形趋于一致，形成一条统一的侧移曲线（图5-2b）。混凝土芯筒与钢框架之间的相互作用力，也大致如图5-3c所示。

（3）与框-撑体系一样，水平荷载作用下的芯筒-框架体系，结构下半部的层间侧移角，要比框架体系减小很多，从而具有比框架体系强得多的耐震性能和抗震能力。