框筒與筒中筒結(jié)構(gòu)特點及布置

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              27.2 框筒與筒中筒結(jié)構(gòu)特點及布置

                  實腹筒與框筒都是充分利用結(jié)構(gòu)的空間性能做成的三維受力的筒式結(jié)構(gòu)。在水平力作用下，框筒結(jié)構(gòu)中除腹板框架抵抗傾覆力矩外，翼緣框架柱主要是通過承受軸力抵抗傾覆力矩，同時梁柱都有在翼緣框架平面內(nèi)的彎矩與剪力。由于翼緣框架中橫梁的彎曲和剪切變形，使翼緣框架中各柱軸力向中心逐漸遞減，見圖27-4，這種現(xiàn)象稱為剪力滯后。由于剪力滯后現(xiàn)象的存在，遠(yuǎn)離角柱的柱子不能充分發(fā)揮作用，角柱必須負(fù)擔(dān)更大的軸力。為了充分發(fā)揮翼緣框架中柱子的作用，減少剪力滯后，必須減小柱距，加大梁的抗剪剛度，也就是說，框筒必須做成密柱深梁。

                  圖27-4 框筒柱軸向力分布
                  框筒結(jié)構(gòu)將密柱深梁布置在建筑物外圍，充分利用材料的軸向承載能力，因此具有很大的抗側(cè)剛度及抗扭剛度，是經(jīng)濟(jì)而高效的一種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。
                  框筒與內(nèi)筒（通常做成實腹筒）組成的筒中筒結(jié)構(gòu)不僅更加增大了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，而且還帶來協(xié)同工作的優(yōu)點。外框筒沿高度側(cè)向變形以剪切型為主，內(nèi)實腹筒則以彎曲型變形為主，二者通過樓板協(xié)同工作抵抗水平荷載，它與框--剪結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作類似，可以改變原有的變形性能，而使層間變形更趨均勻，框筒的上下內(nèi)力也趨于均勻。其次，由于內(nèi)筒的存在減小了樓板的跨度，因此筒中筒結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)受力合理，經(jīng)濟(jì)，適用于較高的高層建筑(≥50層)，且十分符合建筑使用要求。

                  根據(jù)上述特點及要求，筒中筒結(jié)構(gòu)的布置需注意以下一些問題：
                  1.框筒必須做成密柱深梁。因為密柱深梁才能使窗裙梁的跨高比較小，減小翼緣框架中梁的彎曲及剪切變形，減小柱中剪力滯后現(xiàn)象。根據(jù)經(jīng)驗，一般情況下柱距為1～3m，最大為4.5m；窗裙梁跨高比約為3～4；一般窗洞面積不超過建筑立面的50％。

                  2.框筒的平面宜接近正方形、圓形。如為矩形平面，則長短邊的比值不超過2，否則在較長的一邊，剪力滯后現(xiàn)象會比較嚴(yán)重，長邊中部的柱子軸力很小，利用程度不高。

                  3.結(jié)構(gòu)總高度與總寬度之比(H/B)大于3時，才能充分發(fā)揮框筒的作用，因此在矮而胖的結(jié)構(gòu)中不宜采用框筒或筒中筒體系。
                  4.內(nèi)筒面積不宜過小，通常內(nèi)筒邊長為外筒邊長的1/2～1/3較為合理。一般情況下，內(nèi)、外筒之間不再設(shè)柱。內(nèi)筒的高寬比(H/B)不宜超過12～15。
                  5.筒中筒結(jié)構(gòu)中的樓蓋不僅承受豎向荷載，它在水平荷載作用下還起剛性隔板作用，一方面，內(nèi)、外筒通過樓蓋聯(lián)系并協(xié)同工作，另一方面它維持筒體的平面形狀，保證沿豎向筒體不變形。因此樓蓋是筒中筒結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件。但是樓蓋（包括樓板和梁）的高度不宜太大，要盡量減小樓蓋與柱子之間的彎矩傳遞。在多數(shù)鋼筋混凝土筒中筒結(jié)構(gòu)中，將樓蓋做成平板式或密肋梁式以減少端彎矩。因此樓蓋跨度（內(nèi)外筒間距）不宜過大，通常約為10～12m。

                  6.由于剪力滯后現(xiàn)象，各柱的豎向壓縮不同，角柱壓縮變形最大，因而樓板四角下沉較多，會出現(xiàn)翹曲現(xiàn)象，在設(shè)計樓板時要注意增加四角的配筋，以抵抗翹曲開裂。
                  7.框筒的柱截面做成正方形或矩形。若為矩形，則矩形的長邊應(yīng)與腹板框架或翼緣框架方向一致，因為梁、柱的彎矩主要在框架平面內(nèi)，框架平面外的柱彎矩較小。
                  8.角柱截面要做大一些，以承受較大軸向力，并減少壓縮變形，通常取角柱面積為中柱的1.5～2倍為宜。角柱面積太大，也會加大剪力滯后現(xiàn)象。

                  雖然框筒及筒中筒結(jié)構(gòu)是一種在高層建筑中高效而經(jīng)濟(jì)的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，在60～70年代風(fēng)行于世界，但是由于結(jié)構(gòu)布置限制較多，窗洞面積較小，目前應(yīng)用已不如過去普遍，而由一些其他結(jié)構(gòu)體系，例如框架--核心筒結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu)等在高層建筑中應(yīng)用逐漸增多。

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