摘 要：對于高層結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，筒體結(jié)構(gòu)是其中可選用的結(jié)構(gòu)形式，合理地結(jié)構(gòu)布置以及設(shè)計將使得結(jié)構(gòu)更安全與經(jīng)濟性。本文從理論出發(fā)，結(jié)合某筒中筒結(jié)構(gòu)設(shè)計案例，探討了筒中筒結(jié)構(gòu)布置以及設(shè)計的相關(guān)技術(shù)要求，結(jié)合實例來加以詮釋，為同行提供參考。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計 筒中筒 結(jié)構(gòu)布置 計算分析

中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（a）-0072-02

1 筒體結(jié)構(gòu)布置

對于筒體結(jié)構(gòu)來說，首先要采取合理的結(jié)構(gòu)布置，才能有效地確保結(jié)構(gòu)的安全以及經(jīng)濟性。在一般工程中，筒體結(jié)構(gòu)由于該結(jié)構(gòu)類型在外筒或外框簡采用密排柱，因此而限制了建筑物底部的使用，但為了能有效地滿足建筑使用要求，大多是在筒體結(jié)構(gòu)底層采用大空間，從而造成相鄰層的豎向構(gòu)件不貫通，在此間需要采用轉(zhuǎn)換層設(shè)計。對于筒體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層及其以下各層結(jié)構(gòu)布置時需要慎重地考慮，具體布置時結(jié)合筆者工程實踐經(jīng)驗，總結(jié)以下幾點。

（1）對于筒中筒或者框架核心筒結(jié)構(gòu)來說，其結(jié)構(gòu)的內(nèi)筒以及核心筒應(yīng)當從上到下貫通處理，同時對于轉(zhuǎn)換層以下的筒體墻厚必須采取加厚處理。（2）對于筒中筒結(jié)構(gòu)的底層或底部幾層的抽柱應(yīng)充分考慮建筑的使用要求以及建筑立面設(shè)計要求進行。同時對于抽柱位置適宜采取均勻?qū)ΨQ，避免一側(cè)抽柱一側(cè)不抽的情況，而且禁止抽取角柱，抽柱方式采用隔一抽一原則進行，不應(yīng)連續(xù)抽去多于2根以上的柱，且其位置應(yīng)在建筑物中部，對稱主軸附近。（3）對于結(jié)構(gòu)底層或底部幾層抽柱后，可考慮采取預(yù)應(yīng)力梁或者桁架等結(jié)構(gòu)形式來支撐上部密排柱。（4）轉(zhuǎn)換構(gòu)件上、下層的側(cè)向剛度比同時應(yīng)滿足規(guī)范要求，避免抽柱后形成側(cè)向剛度比的不足。（5）對于轉(zhuǎn)換層上、下部結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心宜接近重合（不包括裙房）。

2 筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)要點

2.1 計算程序的判斷

筒體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析應(yīng)符合《高規(guī)》和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，采用三維空間分析方法進行內(nèi)力分析。對B級高度或體型復(fù)雜的筒體結(jié)構(gòu)應(yīng)采用兩個或兩個以上不同力學模型的空間分析程序進行內(nèi)力分析和比較，考慮雙向水平地震下的扭轉(zhuǎn)地震作用效應(yīng)、并應(yīng)采用時程分析法進行多遇地震下的補充計算。尤其是對于外孔較大、整體較差、有較長外伸段或相鄰層剛度突變的樓蓋，在側(cè)向荷載作用下，須考慮樓蓋變形對筒體結(jié)構(gòu)部分豎向構(gòu)件的不利影響，一般應(yīng)按樓板有限剛度進行結(jié)構(gòu)整體分析。如采用樓板剛度無限大的假定計算，則構(gòu)件的最不利內(nèi)力宜乘以1.1～1.2的增大系數(shù)。

對于筒體結(jié)構(gòu)來說，其難免地出現(xiàn)框架梁搭接在筒體上。對于框架梁與筒墻之間的支承條件計算應(yīng)采取合理的假設(shè)。支承在核心筒外路上的框架梁的支承條件可按以下情況分別確定：（1）沿著梁的軸線方向有墻相連接時，可按剛接。（2）核心筒外墻厚度大于0.4LaE（梁的縱向主筋錨固長度）且梁端內(nèi)側(cè)樓板無洞情況時可假設(shè)為剛接；對于在梁支座處另設(shè)附墻柱時則可考慮剛接計算。

2.2 帶轉(zhuǎn)換層的筒體結(jié)構(gòu)分析

對于某些筒體結(jié)構(gòu)存在帶轉(zhuǎn)換層情況，這時對于帶轉(zhuǎn)換層的筒中筒結(jié)構(gòu)一般應(yīng)進行不抽柱的三維空間整體分析與抽柱后的三維空間整體分析（其計算模型應(yīng)能反映或模擬轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)以下部分可取不帶剛域桿單元即純桿單元），并對其側(cè)向變形與主要桿件的內(nèi)力進行比較，其側(cè)向?qū)娱g變形不應(yīng)有突變，而且對于框筒柱組合的軸力設(shè)計值增加不宜小于80%，其組合的剪力設(shè)計值不宜增大30%。（2）對于采用斜撐轉(zhuǎn)換、拱轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時，宜采用抽柱前最大組合軸力設(shè)計值對其進行筒化補充計算，并與整體空間三維計算結(jié)果相比較。（3）帶轉(zhuǎn)換層的筒體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析的其他規(guī)定，同時應(yīng)該按照高層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范相應(yīng)標準進行。

2.3 內(nèi)力調(diào)整

（1）對于框架樓層總剪力的調(diào)整，從國內(nèi)外較多的震害現(xiàn)象表明，框架—核心筒結(jié)構(gòu)在強烈地層作用下，框架柱的損壞程度明顯大于核心筒，為了提高框架柱的承載能力，應(yīng)適當調(diào)整各框架柱的地震剪力。同時《高規(guī)》明確規(guī)定，對于高層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，應(yīng)對各層框架柱的地震剪力進行調(diào)整，具體調(diào)整內(nèi)容及方法同框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。

（2）構(gòu)件的內(nèi)力調(diào)整。從模型試驗結(jié)果分析表明，當采用薄壁桿系模型進行三維整體分析時，由于裙梁的存在，框筒柱的實際軸向變形比按純桿件計算的軸向變形小，水平荷載下，外框筒的計算內(nèi)力值將偏小，因此，在計算時宜對框筒柱的單元軸向剛度進行修正，乘以放大系數(shù)1.05～1.1。

（3）連梁的剛度折減。核心筒外墻門洞口的連梁的剛度折減系數(shù)不宜小于0.5，當墻肢受彎承載能力很強且連梁的過早屈服或破壞對其承受豎向荷載影響不大時，可取較小的剛度折減系數(shù)，并按其內(nèi)力分析結(jié)果，對墻肢進行截面設(shè)計。

3 工程實例

某大酒店建筑地下2層，地上34層，裙房2層。平面為缺角三角形，如圖1所示。對于結(jié)構(gòu)主體高度為106.95 m，總高度112.8 m，如圖2所示，整個酒店的建筑面積為36836 m2。建筑所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為8度，該酒店抗震設(shè)防類別為丙類，場地列別為Ⅲ類場地。本工程采用鋼筋混凝土筒中筒結(jié)構(gòu)，外筒為框架筒體，除沿每一三角形邊設(shè)置6根柱子用裙梁相連形成框架外，三角形缺角部分為剪力墻，構(gòu)成角部較強的邊框。同時利用無窗洞的上下設(shè)備層形成兩道剛件環(huán)梁，以提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度、減少結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移。

外框筒自地面以上高度為106.95 m，高寬比為3.45，外框筒柱距3.6 m，由于標難層以上樓面均有挑出陽臺，窗裙梁只能設(shè)置于樓板以下，其高度為00.7 m，高跨比為1/3，外框筒開洞率為34.8%。內(nèi)筒為由墻體組成的核心筒，墻體的布置主要適應(yīng)電梯、樓梯、衛(wèi)生問、機房及管道豎井等平面布置的需要。內(nèi)筒高度為112.8 m，邊長為18 m，高寬比為6.27。由于一層、二層有門廳、餐廳等大開間的需要，部分剪力墻不能落地，而采用了部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)。為保證一層、二層框支剪力墻的地震力能可靠傳遞，防止上下層剛度突變，故利用二層以上設(shè)備層做成剛性過渡層，此層之頂板及底板做成200 mm厚之現(xiàn)澆混凝土板，與墻體形成—空間箱型結(jié)構(gòu)。外框筒墻厚采用外平內(nèi)收分段減小厚度（由550～400 mm），內(nèi)框筒墻厚采用內(nèi)平外收分段減小厚度（由500～300 mm）?，F(xiàn)澆普通粱板結(jié)構(gòu)，考慮到溫度影響和結(jié)構(gòu)變形等因素，樓板與內(nèi)筒之間的連接按鉸接。部分電算結(jié)果見表1所示。

另外，考慮功能要求，主樓和裙房之間從下到上均未設(shè)置沉降經(jīng)，而是采取調(diào)整沉降差異及待主樓施工完畢再施工裙房的辦法，并將裙房樓蓋與主樓的連接做成餃接?；A(chǔ)為箱型基礎(chǔ)加摩擦校的聯(lián)合基礎(chǔ)。沿主樓內(nèi)外筒墻下布置預(yù)制鋼筋混凝土長樁，裙房墻下則布置短樁。樁基承受全部上部荷載，箱基則僅考慮20%的基底反力及水浮力進行局部彎曲計算。因箱基兼做承臺，故還講行沖切驗算。由計算結(jié)果表明，主樓的內(nèi)筒起主要作用：內(nèi)筒在結(jié)構(gòu)小下部承擔了70%的剪力，隨層數(shù)的增加逐漸降低，到結(jié)構(gòu)頂層，內(nèi)筒堵體各薄壁柱出現(xiàn)變號現(xiàn)象時，外筒才承擔了較大剪力。在結(jié)構(gòu)底部，內(nèi)筒也承擔了約80%的彎矩，直到25層時，外筒才承擔利了約75%的彎矩；頂部因剛性環(huán)梁的約束，內(nèi)力變號，內(nèi)筒又承擔了較大的彎矩。與水平力成任何角度的外框柱軸力分布都存在著剪力滯后現(xiàn)象。但由于高寬比較?。?.45），空間作用好，外筒角校剛度大，裙梁較矮（700 mm），柱梁剛度比大，加之在結(jié)構(gòu)底部和頂部設(shè)置了兩道環(huán)梁，故剪力滯后現(xiàn)象不很嚴重，曲線乎緩，各柱軸力基本均勻。

4 結(jié)論

鑒于筒體結(jié)構(gòu)在高層建筑設(shè)計中的應(yīng)用情況，文章結(jié)合筆者工程實踐經(jīng)驗，以及某高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計實例，對該高層建筑中筒中筒結(jié)構(gòu)布置，計算分析及相關(guān)問題進行了簡要的闡述和分析，為同行提供參考借鑒。

參考文獻

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