[科普中国]-核心筒

核心筒就是在建筑的中央部分，由电梯井道、楼梯、通风井、电缆井、公共卫生间、部分设备间围护形成中央核心筒，与外围框架形成一个外框内筒结构，以钢筋混凝土浇筑。此种结构十分有利于结构受力，并具有极优的抗震性。是国际上超高层建筑广泛采用的主流结构形式。同时，这种结构的优越性还在于可争取尽量宽敞的使用空间，使各种辅助服务性空间向平面 的中央集中，使主功能空间占据最佳的采光位置，并达到视线良好、内部交通便捷效果。

简介核心筒有钢筋混凝土密柱组成的束筒空腹式和钢筋混凝土剪力墙式的实腹式核心筒。

钢筋混凝土核心筒—钢框架结构中，混凝土芯筒主要用于抵抗水平侧力。由于材料特点造成两种构件截面差异较大，钢筋混凝土核心筒的抗侧向刚度远远大于钢框架，随着楼层增加，核心筒承担作用于建筑物上的水平荷载比重越大。钢框架部分主要是承担竖向荷载及少部分水平荷载，随着楼层增加，钢框架承担作用于建筑物上的水平荷载比重越小，由于钢材强度高，可以有效减少柱体截面，增加建筑使用面积。

过于增强核心筒刚度而形成弱钢框架结构体系，会造成在强震作用下，混凝土墙体开裂，结构整体抗侧向刚度迅速下降，而钢框架结构部分承担水平荷载的比重迅速增加，超越钢框架承载能力，脱离结构设计人员设计预想，其破坏是很严重的甚至倒塌1。

高层住宅楼中筒的基本元素1、安全疏散口：封闭楼梯或防烟楼梯及前室；

2、电梯，电梯厅及消防电梯前室；

3、公共走道；

4、设备设施及设备管井。

抗震设计在美国这种结构体系被认为是不适宜用于地震区高层建筑的，因为已有工程曾经发生过在地震中倒塌的实例；日本整个国家处于高烈度地区，这种结构体系受到很大限制，若建造45米以上的钢筋混凝土核心筒—钢框架结构，需严格审批做针对性研究，谨慎实施。从两国的态度上来看，在高烈度地震区采用这种形式需三思。

抛开地震影响，如果建筑物的水平作用主要是风荷载的话，由于混凝土剪力墙的存在，该结构体系可以有效地控制风荷载作用下的顺风向和横风向最大加速度，较纯钢框架结构容易满足层间位移限制要求，在结构造价上也可获得很好的经济效益2。

回到抗震设计上，我国高层规范里要求：钢框架-钢筋混凝土筒体结构各层框架柱所承担的地震剪力不应小于结构底部总剪力的25%和框架部分地震剪力最大值的1.8倍二者的较小值。与之对应的混凝土框架-剪力墙结构的要求：各层框架柱所承担的地震剪力不应小于结构底部总剪力的20%和框架部分地震剪力最大值的1.5倍二者的较小值。在我们国家抗震设计有一个特点，就是很多地方强制提高抗震等级，例如北京大部分地区本属于七度设防，从政治需要定为八度设防，所以我国的规范从经济适用的角度出发，还是对这种结构给予支持态度的，不过作为设计人员要了解这种结构的特点，根据所在地区的情况针对设计。我国规范属于强制性文件，其中很多条款也是社会利益集团博弈的结果，从公开的文件和言论来看，即使是高钢规、高层规、抗震规的主编人员对这种结构体系也存在一定分歧。

如果外围钢架柱采用密柱方案，即采用内钢筋混凝土核心筒—外钢框架密柱筒中筒结构，可以有效的增加钢框架抗侧向刚度，大幅减少芯筒承担地震倾覆力矩，有效降低混凝土墙体受压区高度和压应力，减少混凝土发生剪压脆性破坏，提高混凝土延性指标，避免在地震作用下引起刚度退化。

除此以外，采用钢筋混凝土核心筒—钢框架结构方案，可以有效地设计框架梁与核心筒连接为铰接，这是混凝土框架难以做到的，设计时可以根据工程特点，有针对性地设计铰接节点，减少建筑物整体抗侧向刚度，合理分配芯筒和框架之间的抗侧力刚度比；也可以设置弱刚接节点，即在正常适用状态下和风荷载控制状态下，节点为刚性连接，保持整体抗侧向刚度；当强震来临时，使该节点主动形成铰节点，放松结构刚度，降低地震作用。当然做到这一点需要对结构进行多次设计，满足各种工况需要，只怕很多情况下甲方容不得你做这些3。

核心筒结构1、 核心筒宜贯通建筑物全高。核心筒的宽度不宜小于筒体总高的1/12，当筒体结构设置角筒、剪力墙或增强结构整体刚度的构件时，核心筒的宽度可适当减小。

2、核心筒应具有良好的整体性，并满足下列要求：

（1）墙肢宜均匀、对称布置；

（2）筒体角部附近不宜开洞，当不可避免时，筒角内壁至洞口的距离不应小于500mm和开洞墙的截面厚度；

（3）核心筒外墙的截面厚度不应小于层高的1/20及200mm，对一、二级抗震设计的底部加强部位不宜小于层高的1/16及200mm，不满足时，应按本规程附录D计算墙体稳定，必要时可增设扶壁柱或扶壁墙；在满足承载力要求以及轴压比限值（仅对抗震设计）时，核心筒内墙可适当减薄，但不应小于160mm；

（4）筒体墙的水平、竖向配筋不应少于两排；

（5）抗震设计时，核心筒的连梁，宜通过配置交叉暗撑、设水平缝或减小梁截面的高宽比等措施来提高连梁的延性。

3、抗震设计时，各层框架柱的地震剪力应参照本规程第8．1．4条的规定予以调整。

4、框架/核心筒结构的周边柱间必须设置框架梁。

5、核心筒连梁的受剪截面应符合本规程第9．3．6条的要求，其构造设计应符合本规程第9．3．7～9．3．8条的规定3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学