文/罗赤宇，徐刚，张显裕，等 框架-核心筒结构是指由核心筒与外围的稀柱框架组成的筒体结构，核心筒为结构主要的水平抗侧力构件，框架与核心筒二者协同受力。常规体型框架-核心筒结构通常为矩形（方形）平面或圆形平面，竖向较为规则，外框周边框架完整。 近年来为适应建筑多变的功能及立面造型的要求，出现了较多特殊体型的框架-核心筒结构，如：不规则平面、外框不封闭平面、曲折柱外框、纺锤形立面、叠级收进立面及大退台收进立面等。
文/罗赤宇，徐刚，张显裕，等
框架-核心筒结构是指由核心筒与外围的稀柱框架组成的筒体结构，核心筒为结构主要的水平抗侧力构件，框架与核心筒二者协同受力。常规体型框架-核心筒结构通常为矩形（方形）平面或圆形平面，竖向较为规则，外框周边框架完整。
近年来为适应建筑多变的功能及立面造型的要求，出现了较多特殊体型的框架-核心筒结构，如：不规则平面、外框不封闭平面、曲折柱外框、纺锤形立面、叠级收进立面及大退台收进立面等。
▲ 特殊体型框架-核心筒结构
纺锤形立面框架-核心筒结构设计
沈阳华强金廊城市广场1号楼建筑高度330m，结构高度 299.8m，地面以上67层。建筑平面为圆形，外围圆形沿竖向高度直径由 46m 逐渐扩大到 53. 4m（29层），然后逐渐收进到顶层的 42. 2m，使建筑外形整体呈纺锤形。核心筒外轮廓平面呈八角形，尺寸约为 26. 3m × 26. 3m。结构的高宽比为6.5，核心筒高宽比为11.2。塔楼采用设置环形带状腰桁架的钢管混凝土柱+型钢梁框架-钢管混凝土核心筒混合结构体系，结构抗侧力体系由外框架（斜）柱+腰桁架与核心筒+连梁共同构成多道防线。
▲ 沈阳华强金廊城市广场1号楼建筑效果图
▲ 结构立面图及典型楼层结构平面布置图
▲ 结构体系示意图
本项目外围框架柱采用随形外框斜柱，29层以下为内斜柱，使核心筒承受了部分竖向作用力产生的附加剪力。核心筒在5层及以下剪力墙内设置钢管形成钢管混凝土剪力墙，以提高底部加强区筒体的承载力及延性，其余楼层为钢筋混凝土剪力墙筒体。
▲ 底部加强区钢管混凝土剪力墙布置
楼层剪力主要由核心筒承担，大部分楼层框架分配剪力比例大于10%，底部楼层框架分配剪力比例不小于5%。为确保抗震第二道防线的作用，对本工程各分段框架部分的楼层剪力按1.8V fmax 和0.25Q 0 二者较小值进行调整。
▲ 框架与核心筒剪力及其分配图
下部楼层框架柱内力大且向外倾斜，对楼盖产生拉力，考虑结构圆形平面和斜柱的不利影响，结构计算增加柱的斜向受力分析。同时考虑水平楼盖的实际传力作用，分析时采用弱化楼板刚度的方式考查腰桁架等相关构件内力，并相应加强连接构造。外框斜柱在楼盖内产生较大轴力时作相应加强，受拉梁端在墙内设置型钢。
有研究表明，纺锤形建筑由于曲线分布的斜柱提高了结构的抗侧刚度，其中底部宽度大，顶部宽度小，二次曲线峰值在下部1/3高度处的抗侧刚度最大。本项目外立面峰值在29层，在接近结构最大高度1/3位置，与此规律也较为吻合。
曲折柱框架-核心筒结构设计
2.1 广州报业文化中心
广州报业文化中心塔楼高115m，为适应建筑阳台沿高度交错变化的需求，结构采用曲折柱框架-核心筒结构。各部位的外框柱根据建筑需要外伸或内缩，每次外伸或内缩都利用两层高度形成斜柱。
▲ 广州报业文化中心
2.2 国美信息科技中心
国美信息科技中心建筑高度173m，结构高度157m，建筑立面为钻石切割竖向变化立面，平面为切角变化的正方形平面。主体结构3层以上角柱为分叉曲折柱，并在3、10、19、28层发生内倾与外倾转折交替，倾斜角度7°~11°。主体结构采用钢筋混凝土框架-核心筒结构，1~13层框架柱为钢骨混凝土柱，14层及以上框架柱为钢筋混凝土柱，底部加强区核心筒剪力墙内置型钢。
▲ 国美信息科技中心
2.3 佛山城发中心
佛山城发中心结构高度为189m，地上38层，具有切角矩形平面及扭转切割立面的特点，结合建筑造型，采用了8根曲折柱的新型曲折柱框架-核心筒结构。建筑平面外轮廓为非等边八边形，长边的位置随着高度不断变化。
▲ 佛山城发中心
大退台立面框架-核心筒结构设计
横琴金融保险总部大厦建筑高度247m，结构高度235m，建筑平面为矩形平面，底部楼层的核心筒居中设置。在约 140m 高度处，有较大退台式收进，单边收进约是其相邻下部楼层平面的 1/2 。建筑整体的高宽比为5.8，收进位置的高宽比为4.8，采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系。
▲ 建筑效果图及剖面图
3.1 偏心收进进的不利影响及应对措施
由于塔楼的单侧收进较大，使得结构累计质心与构件形心不重合，在竖向荷载作用下将引起结构的倾覆力矩突然增大，抗侧力构件的布置及承担的作用力应考虑倾覆力矩增大的不利影响。
偏心荷载会导致建筑周边竖向构件承担的轴力不均匀，不同位置的框架柱和剪力墙轴压比相差较大，需通过调节南、北两部分的墙柱轴压比，来减小南、北两部分轴压力相差较大的不利影响。在结构布置上，北塔的竖向构件轴压比限值按南塔的竖向构件的数值减少0.05采用。
▲ 首层墙柱截面及其轴压比
由于偏心收进引起的刚度突变较大，剪力墙在收进处容易引起应力集中。为减小偏心收进引起的刚度突变对结构的影响，加大了高区所有楼层外围的框架梁截面。同时在收进位置的上下层均设置了钢板剪力墙并尽量均匀过渡，避免造成上下层的刚度和承载力的突变。
▲ 高区平面外侧框梁加强位置示意
▲ 收进位置的上下楼层钢板剪力墙布置
3.2 塔楼施工模拟对结构变形的影响
因塔楼偏心收进，在竖向荷载作用下结构将产生不均匀的竖向和水平变形，对结构构件会产生附加内力。竖向荷载作用下，考虑不同的施工工况的结构水平变形，非一次性加载施工的结构水平变形远小于一次性加载施工的结构水平变形。
▲ 墙柱在楼板安装后12年间的总竖向变形
▲ 竖向荷载作用下不同施工工况结构水平变形
▲ 各层在施工完成12年期间的总水平变形
3.3 基础对结构水平变形的影响
为解决塔楼偏心收进带来的基础压力不均衡导致的基础不均匀沉降而加剧上部结构的整体倾斜的问题，基础设计以变刚度调平思路控制沉降差异变形，北塔区域桩距进一步加密，南塔区域桩距减小，同时考虑桩-土-上部结构共同作用对基础沉降及结构水平变形的影响，塔楼范围内的沉降较为均匀。
▲ 桩基布置平面
▲ 基桩承载力利用率分布
▲ 考虑桩-土-上部结构共同作用墙柱及基础沉降
▲ 考虑桩-土-上部结构共同作用结构水平变形
