高層民用建筑筒中筒結(jié)構(gòu)體系簡析

呂毅

咸陽市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 陜西咸陽 712000

摘要：隨著我國城市化進(jìn)程的不斷深入推進(jìn)，高層與超高層建筑也越來越常見。作為一種在技術(shù)層面上性能優(yōu)良的結(jié)構(gòu)體系，筒中筒結(jié)構(gòu)本身有著良好的抗震性能和抵抗風(fēng)力荷載的性能，也因?yàn)槠渚哂羞@樣的優(yōu)點(diǎn)，筒中筒結(jié)構(gòu)體系在高層與超高層民用建筑中獲得了較為廣泛的應(yīng)用。本文簡要闡述了高層與超高層民用建筑筒中筒結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)，并著重對其布置要點(diǎn)及該結(jié)構(gòu)自身具有的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：高層建筑；筒中筒結(jié)構(gòu)；優(yōu)缺點(diǎn)

1 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與理論的不斷完善，高層與超高層民用建筑也越來越常見。作為一種特殊的建筑結(jié)構(gòu)，高層民用建筑通常需要更強(qiáng)的抵抗外部荷載的能力，因此高層與超高層建筑選用怎樣的建筑結(jié)構(gòu)體系就需要我們進(jìn)行深入的分析和認(rèn)真的考量。本文，我們將著重探討筒中筒結(jié)構(gòu)體系。

2 筒中筒結(jié)構(gòu)特征與簡介

由于高層與超高層民用建筑需要考慮地震力、風(fēng)荷載等一些水平力對結(jié)構(gòu)安全性能的影響，所以高層民用建筑必須要具備足夠的承載能力、極強(qiáng)的抗震性能并要保證其造價不至于過高。高層與超高層建筑目前采用的結(jié)構(gòu)體系大致有四種，分別為框架簡體結(jié)構(gòu)、矩形框架結(jié)構(gòu)、束簡結(jié)構(gòu)以及筒中筒結(jié)構(gòu)體系。而筒中筒結(jié)構(gòu)又因其自身所具有的獨(dú)特優(yōu)勢而被最廣泛的采用。

高層民用建筑筒中筒結(jié)構(gòu)體系分為外筒與內(nèi)筒雙層筒體結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)筒又分為三種，分別為鋼框筒、雙格筒與析架筒。外筒分兩種，分別為鋼筋混凝土墻筒和析架筒。如果建筑物很高，則可通過在內(nèi)筒和外筒中間設(shè)置一個伸臂析架以減少建筑物發(fā)生側(cè)方位移。若在水平載荷加載作用下，一般內(nèi)筒是以彎曲狀態(tài)為主，而外筒則是以剪切形式為主。內(nèi)外筒之間用樓板與外伸臂析架相互扶助。如果外筒達(dá)到了一定的剛度值，內(nèi)筒的剛度和直徑大小可相應(yīng)的降低要求。事實(shí)上，筒中筒的結(jié)構(gòu)體系對外伸臂析架的要求并不是很高，大多時候設(shè)不設(shè)置外伸臂析架其實(shí)影響也并不是太大。

筒中筒簡體結(jié)構(gòu)的基本形式包括三種，分別是實(shí)腹筒結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)和桁架筒結(jié)構(gòu)。通常情況下高層建筑筒中筒結(jié)構(gòu)體系抵抗力的強(qiáng)弱程度是由這三種結(jié)構(gòu)中的一種或者若干種所構(gòu)成的。筒中筒結(jié)構(gòu)作為一種優(yōu)勢明顯的建筑結(jié)構(gòu)體系，抵抗較大水平作用力非常有效。而高層與超高層民用建筑與普通建筑不同，有著其自身獨(dú)特的要求，筒中筒架構(gòu)體系的這些優(yōu)點(diǎn)正好可以滿足高層與超高層建筑的這種獨(dú)特需求。

3 筒中筒結(jié)構(gòu)體系在高層與超高層建筑中應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)分析

筒中筒結(jié)構(gòu)是一種由內(nèi)外筒組合在一起所形成的一種建筑結(jié)構(gòu)體系，這種結(jié)構(gòu)中的內(nèi)筒一般情況下是剪力墻薄墻體壁筒，而其外筒結(jié)構(gòu)則主要是由密柱組合在一起而構(gòu)成的框筒。這種形式的結(jié)構(gòu)通常意味著外柱具有更大的密度，結(jié)構(gòu)的整體性能較好，大致與多孔的豎向箱型梁壁類似，不管是抵抗風(fēng)力荷載還是其自身具有的抗震性能都是比較高的。也因?yàn)榇耍覈芏喔邔优c超高層民用建筑都是選用的筒中筒建筑結(jié)構(gòu)體系。但是，同樣也正是由于這樣的筒中筒建筑結(jié)構(gòu)體系是一種由內(nèi)外筒一起組合而成的結(jié)構(gòu)形式，所以在兩種筒壁之間必定有著一定的空隙，也正是由于該空隙的存在，必將導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)的通風(fēng)效果異常顯著，這就會導(dǎo)致該建筑結(jié)構(gòu)的防火能力相對顯得薄弱。這樣，如果遇上了較大的火災(zāi)，在風(fēng)力的作用下，火勢將很難被控制住。所以，由此我們可以發(fā)現(xiàn)，筒中筒結(jié)構(gòu)在高層與超高層民用建筑中應(yīng)用時，其最明顯的缺點(diǎn)就是這種結(jié)構(gòu)的防火能力比較差。

4 筒中筒結(jié)構(gòu)體系在高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)中的布置要點(diǎn)

（1）采用密柱深梁結(jié)構(gòu)將使得窗裙梁的跨度和高度都變小，若要減小框架剪切面的變形狀況和其彎曲程度，最有效的辦法就是將框架做成密柱深梁結(jié)構(gòu)形式，這樣做也可以使柱中剪力滯后的情況獲得大大緩解。

（2）高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)作為一種特殊的建筑結(jié)構(gòu)體系，如果講其最顯著的一大特點(diǎn)是其自身高度比其長度大出許多的話，那么這時再選用筒中筒結(jié)構(gòu)就不是太合適了，這是因?yàn)樵谶@樣的情況下，高層或超高層建筑的總高度比總寬度大出了三倍以上。

（3）一般來講，最合理的框筒平面應(yīng)大致與正方形或者圓形類似。舉例來講，我們以矩形平面為例子，若其長邊和短邊相差了兩倍以上，就將使得長邊出現(xiàn)較為嚴(yán)重的剪力滯后的現(xiàn)象，這樣其利用率就極大的減小了。

（4）在高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)中采用筒中筒結(jié)構(gòu)體系，實(shí)際上豎向荷載是由該建筑結(jié)構(gòu)的整個樓蓋所承受的，與此同時，高層建筑的整個樓蓋還會由于存在水平荷載而出現(xiàn)與剛性隔板類似的效果，而內(nèi)筒外筒和樓蓋同時也會形成相互協(xié)助的工作狀況。采用筒中筒結(jié)構(gòu)體系的高層民用建筑的另外一個優(yōu)點(diǎn)是，樓蓋整體能夠使整個高層或超高層建筑筒體保持二維的平面狀態(tài)，從而可以進(jìn)一步保證在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的施工時，豎向筒體不至于發(fā)生嚴(yán)重的變形。樓蓋作為高層與超高層民用建筑非常重要的一個組成部分，在設(shè)計(jì)施工的時候需要對其高度進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓剑荒軌蛱撸瑧?yīng)盡量將柱子與樓蓋兩者間的彎曲度傳遞減小，內(nèi)筒和外筒的間距應(yīng)當(dāng)以10米到12米為最適當(dāng)?shù)木嚯x。

（5）若高層或超高層民用建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)筒面積過小，一般情況下應(yīng)當(dāng)以內(nèi)筒邊長的2到3被作為外筒的邊長，這樣的設(shè)置比較合理。這種情況下，還應(yīng)注意，內(nèi)外筒的中間不能再設(shè)置柱子。因?yàn)榫蛢?nèi)筒而言，內(nèi)筒的高寬比維持在12～15之間是比較適宜的，如果高寬比過大反而不好。

5 結(jié)束語

目前，我國的城市化進(jìn)程正在深入推進(jìn)，伴隨著城市化發(fā)展的，是高層與超高層建筑的越來越普遍，這也就對高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)提出了越來越多的功能化要求。筒中筒結(jié)構(gòu)體系作為一種同時擁有者良好的抵抗風(fēng)力荷載與抗震性能的結(jié)構(gòu)體系，近年來在國內(nèi)外的高層與超高層建筑中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)體系不僅具有非常良好的功能化性能，而且在縮短建設(shè)工期和提升建筑結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量方面也具有著其獨(dú)到的優(yōu)勢。可以預(yù)見，在不久的將來，城市的數(shù)字化與現(xiàn)代化趨勢將會更加明顯，筒中筒結(jié)構(gòu)體系也將隨之而逐漸成為高層與超高層民用建筑結(jié)構(gòu)的主流形式。

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