框筒与筒中筒结构特点及布置

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              27.2 框筒与筒中筒结构特点及布置

                  实腹筒与框筒都是充分利用结构的空间性能做成的三维受力的筒式结构。在水平力作用下，框筒结构中除腹板框架抵抗倾覆力矩外，翼缘框架柱主要是通过承受轴力抵抗倾覆力矩，同时梁柱都有在翼缘框架平面内的弯矩与剪力。由于翼缘框架中横梁的弯曲和剪切变形，使翼缘框架中各柱轴力向中心逐渐递减，见图27-4，这种现象称为剪力滞后。由于剪力滞后现象的存在，远离角柱的柱子不能充分发挥作用，角柱必须负担更大的轴力。为了充分发挥翼缘框架中柱子的作用，减少剪力滞后，必须减小柱距，加大梁的抗剪刚度，也就是说，框筒必须做成密柱深梁。

                  图27-4 框筒柱轴向力分布
                  框筒结构将密柱深梁布置在建筑物外围，充分利用材料的轴向承载能力，因此具有很大的抗侧刚度及抗扭刚度，是经济而高效的一种抗侧力结构体系。
                  框筒与内筒（通常做成实腹筒）组成的筒中筒结构不仅更加增大了结构的抗侧刚度，而且还带来协同工作的优点。外框筒沿高度侧向变形以剪切型为主，内实腹筒则以弯曲型变形为主，二者通过楼板协同工作抵抗水平荷载，它与框--剪结构的协同工作类似，可以改变原有的变形性能，而使层间变形更趋均匀，框筒的上下内力也趋于均匀。其次，由于内筒的存在减小了楼板的跨度，因此筒中筒结构的结构受力合理，经济，适用于较高的高层建筑(≥50层)，且十分符合建筑使用要求。

                  根据上述特点及要求，筒中筒结构的布置需注意以下一些问题：
                  1.框筒必须做成密柱深梁。因为密柱深梁才能使窗裙梁的跨高比较小，减小翼缘框架中梁的弯曲及剪切变形，减小柱中剪力滞后现象。根据经验，一般情况下柱距为1～3m，最大为4.5m；窗裙梁跨高比约为3～4；一般窗洞面积不超过建筑立面的50％。

                  2.框筒的平面宜接近正方形、圆形。如为矩形平面，则长短边的比值不超过2，否则在较长的一边，剪力滞后现象会比较严重，长边中部的柱子轴力很小，利用程度不高。

                  3.结构总高度与总宽度之比(H/B)大于3时，才能充分发挥框筒的作用，因此在矮而胖的结构中不宜采用框筒或筒中筒体系。
                  4.内筒面积不宜过小，通常内筒边长为外筒边长的1/2～1/3较为合理。一般情况下，内、外筒之间不再设柱。内筒的高宽比(H/B)不宜超过12～15。
                  5.筒中筒结构中的楼盖不仅承受竖向荷载，它在水平荷载作用下还起刚性隔板作用，一方面，内、外筒通过楼盖联系并协同工作，另一方面它维持筒体的平面形状，保证沿竖向筒体不变形。因此楼盖是筒中筒结构中的重要构件。但是楼盖（包括楼板和梁）的高度不宜太大，要尽量减小楼盖与柱子之间的弯矩传递。在多数钢筋混凝土筒中筒结构中，将楼盖做成平板式或密肋梁式以减少端弯矩。因此楼盖跨度（内外筒间距）不宜过大，通常约为10～12m。

                  6.由于剪力滞后现象，各柱的竖向压缩不同，角柱压缩变形最大，因而楼板四角下沉较多，会出现翘曲现象，在设计楼板时要注意增加四角的配筋，以抵抗翘曲开裂。
                  7.框筒的柱截面做成正方形或矩形。若为矩形，则矩形的长边应与腹板框架或翼缘框架方向一致，因为梁、柱的弯矩主要在框架平面内，框架平面外的柱弯矩较小。
                  8.角柱截面要做大一些，以承受较大轴向力，并减少压缩变形，通常取角柱面积为中柱的1.5～2倍为宜。角柱面积太大，也会加大剪力滞后现象。

                  虽然框筒及筒中筒结构是一种在高层建筑中高效而经济的抗侧力结构，在60～70年代风行于世界，但是由于结构布置限制较多，窗洞面积较小，目前应用已不如过去普遍，而由一些其他结构体系，例如框架--核心筒结构、巨型框架结构等在高层建筑中应用逐渐增多。

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