超高层建筑中,核心筒作为最重要的抗侧构件,内部集中布置设备用房及竖向交通空间。然而随着楼层的升高,建筑设计对于竖向交通需求减少,同时抗侧需求也在减少,因此需要缩减核心筒平面尺寸。核心筒尺寸收进的常见方法主要有三种:1)区格收进;2)墙体转换收进;3)斜墙收进。其中区格收进的方式直接减小上部核心筒的墙体数量,能够快速实现建筑空间和功能的变化,且施工方便,经济性较好。虽然墙体传力较直接,但存在核心筒收进前后剪力墙内力突变,墙肢应力集中的问题,同时也会导致核心筒收进处楼层刚度突变的问题。墙体转换收进的方式传力路径较复杂,且转换层的设置对建筑功能和空间布置影响较大。斜墙收进方案的优点是核心筒上下墙体连续,传力直接,在墙体倾斜角度设计合理的情况下楼层刚度变化均匀。不利之处是斜墙转换区域受力特殊,在竖向荷载下与斜墙相连的腹墙、楼面梁和楼板也会产生水平力。
斜墙的受力特征和传力机制可参考斜柱。两者的共同点在于竖向荷载作用下与斜柱或斜墙相连的楼面梁和楼板会产生水平分力。不同点是斜柱产生的水平力分量由楼面梁及楼板传递给内侧核心筒,而斜墙产生的水平力分量在每个方向上大部分通过核心筒内部诸多腹墙和连梁自平衡传递,只有少量水平力通过楼面梁及楼板传递至外框架。可见斜墙水平力传力路径比斜柱更直接。斜墙转换区在竖向荷载作用下的传力机制示意如图2所示。竖向荷载作用下,斜墙终止楼层处在核心筒外侧产生拉力,核心筒内侧产生压力;斜墙起始楼层处在核心筒外侧产生压力,核心筒内侧产生拉力。
斜墙收进相关楼层结构布置方式如下:
(1)控制斜墙的倾斜角度不至过大,为保持墙体竖向受力的特性,倾斜角度不应超过15°,同时也与斜墙所在楼层位置有关,楼层位置较低时,倾斜角度应控制更加严格,不应超过10°。
(2)墙体转折位置产生水平分力,该区域楼板除受弯曲应力外,还将承受较大轴向应力,因此初步设计阶段加厚转折位置楼层楼板,较易满足承载能力设计要求,并在正常使用阶段具有良好的刚度。
(3)加强楼面梁,尤其是核心筒内洞口周边的梁,提高其抗拉和抗压能力。由于核心筒内部建筑功能要求,楼板面积较小且不连续,故分析中不考虑核心筒内部楼板的作用。