高層民用建筑筒中筒結構體系簡析

呂毅

咸陽市規劃設計研究院 陜西咸陽 712000

摘要：隨著我國城市化進程的不斷深入推進，高層與超高層建筑也越來越常見。作為一種在技術層面上性能優良的結構體系，筒中筒結構本身有著良好的抗震性能和抵抗風力荷載的性能，也因為其具有這樣的優點，筒中筒結構體系在高層與超高層民用建筑中獲得了較為廣泛的應用。本文簡要闡述了高層與超高層民用建筑筒中筒結構體系的特點，并著重對其布置要點及該結構自身具有的優缺點進行了分析。

關鍵詞：高層建筑；筒中筒結構；優缺點

1 引言

隨著計算機技術的不斷發展、結構設計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構，高層民用建筑通常需要更強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構體系就需要我們進行深入的分析和認真的考量。本文，我們將著重探討筒中筒結構體系。

2 筒中筒結構特征與簡介

由于高層與超高層民用建筑需要考慮地震力、風荷載等一些水平力對結構安全性能的影響，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構體系大致有四種，分別為框架簡體結構、矩形框架結構、束簡結構以及筒中筒結構體系。而筒中筒結構又因其自身所具有的獨特優勢而被最廣泛的采用。

高層民用建筑筒中筒結構體系分為外筒與內筒雙層筒體結構，其中內筒又分為三種，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，則可通過在內筒和外筒中間設置一個伸臂析架以減少建筑物發生側方位移。若在水平載荷加載作用下，一般內筒是以彎曲狀態為主，而外筒則是以剪切形式為主。內外筒之間用樓板與外伸臂析架相互扶助。如果外筒達到了一定的剛度值，內筒的剛度和直徑大小可相應的降低要求。事實上，筒中筒的結構體系對外伸臂析架的要求并不是很高，大多時候設不設置外伸臂析架其實影響也并不是太大。

筒中筒簡體結構的基本形式包括三種，分別是實腹筒結構、框筒結構和桁架筒結構。通常情況下高層建筑筒中筒結構體系抵抗力的強弱程度是由這三種結構中的一種或者若干種所構成的。筒中筒結構作為一種優勢明顯的建筑結構體系，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，有著其自身獨特的要求，筒中筒架構體系的這些優點正好可以滿足高層與超高層建筑的這種獨特需求。

3 筒中筒結構體系在高層與超高層建筑中應用的優缺點分析

筒中筒結構是一種由內外筒組合在一起所形成的一種建筑結構體系，這種結構中的內筒一般情況下是剪力墻薄墻體壁筒，而其外筒結構則主要是由密柱組合在一起而構成的框筒。這種形式的結構通常意味著外柱具有更大的密度，結構的整體性能較好，大致與多孔的豎向箱型梁壁類似，不管是抵抗風力荷載還是其自身具有的抗震性能都是比較高的。也因為此，我國很多高層與超高層民用建筑都是選用的筒中筒建筑結構體系。但是，同樣也正是由于這樣的筒中筒建筑結構體系是一種由內外筒一起組合而成的結構形式，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，必將導致該結構的通風效果異常顯著，這就會導致該建筑結構的防火能力相對顯得薄弱。這樣，如果遇上了較大的火災，在風力的作用下，火勢將很難被控制住。所以，由此我們可以發現，筒中筒結構在高層與超高層民用建筑中應用時，其最明顯的缺點就是這種結構的防火能力比較差。

4 筒中筒結構體系在高層與超高層建筑結構中的布置要點

（1）采用密柱深梁結構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構形式，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構作為一種特殊的建筑結構體系，如果講其最顯著的一大特點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構就不是太合適了，這是因為在這樣的情況下，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，就將使得長邊出現較為嚴重的剪力滯后的現象，這樣其利用率就極大的減小了。

（4）在高層與超高層建筑結構中采用筒中筒結構體系，實際上豎向荷載是由該建筑結構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與剛性隔板類似的效果，而內筒外筒和樓蓋同時也會形成相互協助的工作狀況。采用筒中筒結構體系的高層民用建筑的另外一個優點是，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，從而可以進一步保證在進行建筑結構的施工時，豎向筒體不至于發生嚴重的變形。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，在設計施工的時候需要對其高度進行適當的公式，不能夠太高，應盡量將柱子與樓蓋兩者間的彎曲度傳遞減小，內筒和外筒的間距應當以10米到12米為最適當的距離。

（5）若高層或超高層民用建筑結構的內筒面積過小，一般情況下應當以內筒邊長的2到3被作為外筒的邊長，這樣的設置比較合理。這種情況下，還應注意，內外筒的中間不能再設置柱子。因為就內筒而言，內筒的高寬比維持在12～15之間是比較適宜的，如果高寬比過大反而不好。

5 結束語

目前，我國的城市化進程正在深入推進，伴隨著城市化發展的，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構提出了越來越多的功能化要求。筒中筒結構體系作為一種同時擁有者良好的抵抗風力荷載與抗震性能的結構體系，近年來在國內外的高層與超高層建筑中獲得了越來越廣泛的應用。這種結構體系不僅具有非常良好的功能化性能，而且在縮短建設工期和提升建筑結構物的質量方面也具有著其獨到的優勢?？梢灶A見，在不久的將來，城市的數字化與現代化趨勢將會更加明顯，筒中筒結構體系也將隨之而逐漸成為高層與超高層民用建筑結構的主流形式。

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