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1、筒体结构设计要点探讨 筒体结构设计要点探讨 摘 要 筒体结构由框架-剪力墙结构与全剪力墙结构综合演变和开展而来。筒体结构是将剪力墙或密柱框架集中到房屋的内部和外围而形成的空间封闭式的筒体。其特点是剪力墙集中而获得较大的自由分割空间，多用于写字楼建筑。本文就筒体结构设计要点进行论述。 关键词 筒体；结构设计；要点 中图分类号TU3 文献标识码A 文章编号 1674-670896-0081-02 筒体结构具有造型美观，使用灵活，受力合理，以及整体性强等优点，适用于较高的高层建筑。筒体结构包括框筒、筒中筒、束筒结构以及框架-核心筒结构等，其中框架-核心筒结构虽然都有筒体，但是这种结构与框筒、筒中筒、
2、束筒结构的组成和传力体系有很大区别，需要了解它们的异同，掌握不同的受力特点和设计要求。 框筒、筒中筒和束筒结构都是常用的高层建筑结构的形式，除符合高层建筑结构的一般布置原那么外，其结构布置应从平面形状、高宽比、框筒的开孔率、柱距、框筒柱和裙梁截面、内筒布置、楼盖形式等方面考虑，减小剪力滞后，以便高效而充分发挥所有柱子的作用。 框架-核心筒结构可以做成钢筋混凝土结构、钢结构或混合结构，可以在一般的高层建筑中应用，也可以在超高层建筑中应用；框架一核心筒结构虽然与筒中筒结构在平面形式上可能相似，但受力性能却有很大区别，其结构布置对核心筒提出了更高的要求，对周边框架、框架与核心筒的内力分配、伸臂加强层
3、以及楼盖等也提出了相应的要求。 1框筒、筒中筒和束筒结构的布置 框筒结构具有很大的抗侧移和抗扭刚度，又可增大内部空间的使用灵活性，对于高层建筑，框筒、筒中筒、束筒都是高效的抗侧力结构体系。框筒、筒中筒、束筒结构的布置应符合高层建筑的一般布置原那么，同时要考虑如何合理布置，减小剪力滞后，以便高效而充分发挥所有柱子的作用。 筒体结构的性能以正多边形为最正确，且边数越多性能越好，剪力滞后现象越不明显，结构的空间作用越大；反之，边数越少，结构的空间作用越差。结构平面布置应能充分发挥其空间整体作用。因此，平面形状以采用圆形和正多边形最为有利。也可采用椭圆形或矩形等其他形状，当采用矩形平面时，其平面尺寸应
4、尽量接近于正方形，长宽比不宜大于2。假设长宽比过大，可以增加横向加劲框架的数量，形成束筒结构。 筒中筒结构中的外框筒宜做成密柱深梁，一般情况下，柱距为，不宜大于4；框筒梁的截面高度可取柱净距的1/4左右。开孔率是框筒结构的重要参数之一，框筒的开孔率不宜大于60%，且洞口高宽比宜尽量和层高与柱距之比相似。当矩形框筒的长宽比不大于2和墙面开洞率不大于50%时，外框筒的柱距可适当放宽。假设密柱深梁的效果缺乏，可以沿结构高度，选择适当的楼层，设置整层高的环向桁架，以减小剪力滞后。m31m 框筒结构的柱截面宜做成正方形、矩形或T形，假设为矩形截面，由于梁、柱的弯矩主要在框架平面内，框架平面外的柱弯矩较小
5、，那么矩形的长边应与腹板框架或翼缘框架方向一致。筒体的角部是联系两个方向的结构协同工作的重要部位，受力很大，通常要采取措施予以加强；内筒角部通常可以采用局部加厚等措施加强；外筒可以加大角柱截面尺寸，采用L形、槽形角墙等予以加强，以承受较大的轴力，并减小压缩变形，通常角柱面积宜取中柱面积的12倍，角柱面积过大，会加大剪力滞后现象，使角柱产生过大的轴力，特别当重力荷载缺乏以抵消拉力时，角柱将承受拉力。 由于框筒结构柱距较小，在底层往往因设置出入通道而要求加大柱距，必须布置转换结构。转换结构的主要功能是将上部柱荷载传至下部大柱距的柱子上。一般内筒应直贯穿到根底底板。 采用普通梁板体系时，楼面梁的布置
6、方式一般沿内、外筒单向布置。外端与框筒柱一一对应；内端支承在内筒墙上，最好在平面外有墙相接，以增强内筒在支承处的出平面抵抗力；角区楼板的布置，宜使角柱承受较大竖向荷载，以平衡角柱中的拉力双向受力。 筒体结构层数很多，降低层高具有重要意义。因此，除普通梁板体系外，常用的楼板体系还有扁梁梁板体系、密肋楼盖、平板体系等，均可降低梁板高度，从而使楼层高度也可以降低。 2 框架-核心筒结构的受力特点 筒体结构层数很多，降低层高具有重要意义。因此，除普通梁板体系外，常用的楼板体系还有扁梁梁板体系、密肋楼盖、平板体系等，均可降低梁板高度，从而使楼层高度也可以降低。 筒中筒结构和框架-核心筒结构，两个结构平面
7、尺寸、结构高度、所受水平荷载均相同，两个结构楼板均采用平板。筒中筒结构与框架-核心筒结构翼缘框架柱轴力的比拟，可知，框架-核心筒的翼缘框架柱轴力小，柱数量又较少，翼缘框架承受的总轴力要比框筒小得多，轴力形成的抗倾覆力矩也小得多；框架-核心筒结构主要是由两片框架和实腹筒协同工作抵抗侧力，角柱作为两片框架的边柱而轴力较大；从框架抗侧刚度和抗弯、抗剪能力看，也比框筒的腹板框架小得多。因此框架-核心筒结构抗侧刚度小得多。 两个结构顶点位移与结构根本自振周期的比拟说明，与筒中筒结构相比，框架-核心筒结构的自振周期长，顶点位移及层间位移都大，说明框架-核心筒结构的抗侧刚度远小于筒中筒结构。 表2给出了筒中
8、筒结构与框架-核心筒结构的内力分配比例。由表可知，框架-核心筒结构的实腹筒承受的剪力占总剪力的80.6%，倾覆力矩占73.6%，比筒中筒的实腹筒承受的剪力和倾覆力矩所占比例都大；筒中筒结构的外框筒承受的倾覆力矩占66%，而框架-核心筒结构中，外框架承受的倾覆力矩仅占26.4%。上述比拟说明，框架-核心筒结构中实腹筒成为主要抗侧力局部，而筒中筒结构中抵抗剪力以实腹筒为主，抵抗倾覆力矩那么以外框筒为主。 在采用平板楼盖时，框架虽然也具有空间作用，而使翼缘框架柱产生轴力，但是柱数量少，轴力也小，远远不能到达周边框筒所起的作用。增加楼板大梁可使翼缘框架中间柱的轴力提高，从而充分发挥周边柱的作用，但是当
9、周边柱与内筒相距较远时，楼板大梁的跨度大，梁高较大，为了保持楼层的净空，层高要加大，对于高层建筑而言，这是不经济的，为此另外一种可选择的充分发挥周边柱作用的方案是采用框架-核心筒一伸臂结构。 3筒体结构的截面设计及构造要求 筒体结构应采用现浇混凝土结构，混凝土强度等级不宜低于C30；框架节点核心区的混凝土强度等级不宜低于柱的混凝土强度等级，且应进行核心区斜截面承载力计算；特殊情况下不应低于柱混凝土强度等级的70%，但应进行核心区斜截面和正截面承载力验算。 由于剪力滞后，框筒结构中各柱的竖向压缩量不同，角柱压缩变形最大，因而楼板四角下沉较多，出现翘曲现象。设计楼板时，外角板宜设置双层双向附加构造
10、钢筋，对防止楼板角部开裂具有明显效果，其单层单向配筋率不宜小于0.3%，钢筋的直径不应小于8mm，间距不应大于150mm，配筋范围不宜小于外框架至内筒外墙中距的1/3和3m。 核心筒由假设干剪力墙和连梁组成，其截面设计和构造措施应符合剪力墙结构的有关规定，各剪力墙的截面形状应尽量简单；截面形状复杂的墙体应按应力分布配置受力钢筋。此外，考虑到核心筒系筒体结构的主要承重和抗侧力结构，筒角又是保证核心筒整体作用的关键部位，其边缘构件应适当加强，底部加强部位约束边缘构件沿墙肢的长度不应小于墙肢截面高度的1/4，约束边缘构件范围内应全部采用箍筋。 框筒梁的截面承载力设计方法、截面尺寸限制条件及配筋形式可
11、参照一般框架梁进行。外框筒梁和内筒连梁的构造配筋，非抗震设计时，箍筋直径不应小于8mm，间距不应大于150mm；抗震设计时，箍筋直径不应小于10mm，箍筋间距沿梁长不变，且不应大于100mm。当梁内设置交叉暗撑时，箍筋间距不应大于15Omm；框筒梁上、下纵向钢筋的直径均不应小于16mm；腰筋的直径不应小于10mm，间距不应大于200mm。 4 结论 筒体结构是空间整体受力，由于薄壁筒和框筒的剪力滞后，这类结构受力情况非常复杂，宜采用能反映空间受力的结构计算模型以及相应的计算方法。一般可假定楼盖在自身平面内具有绝对刚性，采用三维空间分析方法通过计算机进行内力和位移分析。但在方案设计阶段，也可采用简化的计算方法，如等效槽形截面的近似估算方法和等效平面框架法，进行结构构件截面尺寸的估算。 参考文献 【1】高雁.筒体结构剪力滞后效应研究及
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