【摘要】城市的不斷發(fā)展意味著超高層建筑的需求與過去相比有了明顯的增加，為了保障建筑的質量，對于技術層面上的要求當然也就比過去更高。筒中筒結構因其自身優(yōu)良的性能，良好的抗風性與抗震性，而被廣泛的應用在超高層建筑結構中。本文概述了筒中筒結構的剪力滯后效應，隨后介紹了筒中筒結構的簡化分析方法，最后指出筒中筒結構分析還不夠透徹，仍需要更多的研究。

【關鍵詞】筒中筒結構；剪力滯后；簡化分析方法

1、引言

筒中筒結構體系是超高層建筑結構中常用的一種結構體系，這種結構體系是由外框筒和核心筒組成，其核心筒通常是鋼筋混凝土剪力墻和連梁組成的薄壁筒，而外筒主要是密柱和群梁組合而成的框筒。由于筒中筒結構在超高層建筑中應用非常廣泛，這種結構的分析方法也得到了廣泛重視。本文將對筒中筒結構的分析方法進行探討。

2、筒中筒結構的剪力滯后效應

框筒可以看成是開了口的實腹筒，但兩者的受力狀態(tài)和變形有很大差別。實腹筒在水平荷載下受彎時，由于腹板的豎向抗剪剛度極大，幾乎不使腹板產(chǎn)生豎向剪切變形，因而實腹筒受彎時各水平截面并不出現(xiàn)任何翹曲而保持平截面，而框筒裙梁雖然高跨比大，但豎向彎剪剛度仍然有限。框筒在抵抗傾覆力矩時，水平截面的豎向應變不再符合平截面假定，稱為“剪力滯后效應”即框筒的腹板框架和翼緣框架在角區(qū)附近的應力大于實腹筒體，而在中間部分的應力均小于實腹筒體。

3、筒中筒結構簡化分析方法

近些年來，隨著科學技術的發(fā)展，計算機性能有了明顯的提高，筒中筒結構的簡化分析方法得到了較好的發(fā)展，與其他方法相比，具有良好的通用性和精確性，在筒中筒結構進行精確分析或設計驗算有較高的參考價值。

3.1等效連續(xù)體法

文獻將外框筒等效為四角加強的等效實體筒，計及彎曲和剪切變形，內(nèi)筒考慮為1根彎剪桿件。由內(nèi)外筒在各樓層處水平位移相等的條件建立變形協(xié)調微分方程，同時利用邊界和協(xié)調條件求解水平位移的解析解，進而計算出內(nèi)外筒的內(nèi)力。

文獻用分段等厚的各向異性連續(xù)體彈性等效原結構的外框筒，用余能原理求外筒的柔度矩陣。由內(nèi)外筒位移協(xié)調方程求得在樓層處內(nèi)、外筒間的相互作用力，再分別對內(nèi)外筒進行靜力計算。

3.2傳遞矩陣法

文獻根據(jù)內(nèi)外筒在各樓層處水平位移相等的條件建立變形協(xié)調微分方程，采用傳遞矩陣法求解。其缺點是需用迭代法求內(nèi)外筒剪力分配系數(shù)。

為了克服上述缺點，文獻對結構變形協(xié)調微分方程采用整體傳遞矩陣的初參數(shù)解，利用邊界條件確定初參數(shù)后，通過矩陣遞推計算出水平荷載作用下內(nèi)外筒的變形和內(nèi)力。

文獻以連續(xù)化數(shù)學模型和能量變分原理為基礎，導出的變截面高層框筒結構的微分方程組，根據(jù)變截面框筒結構的截面沿高度為階形變化的特點，以每個相同截面的層作為一個計算單元，由微分方程組導出每個單元的單元矩陣、截面矩陣和傳遞矩陣，進而采用傳遞矩陣法進行分析。

3.3超元法

超元法實質上是一種基于連續(xù)化的矩陣位移法。采用等效柱模型，將結構抗側力單元連續(xù)化，導出以每層為一大單元的剛度矩陣，然后借助矩陣位移法分析問題。文獻在筒中筒結構承受水平荷載作用的簡化分析過程中，利用連續(xù)化處理得到單元位移函數(shù)，導出內(nèi)外筒組合的超級元單元剛度矩陣和等效荷載矩陣，按樓層或剛度的不同將其劃分成超級單元，利用矩陣位移法求解筒中筒結構的位移和內(nèi)力。

3.4狀態(tài)空間法

筒中筒結構由于其外框筒復雜的受力性能，對其進行精確分析也就變得十分困難。文獻將狀態(tài)空間法引入到筒中筒結構的協(xié)同分析中，采用連續(xù)化模型，導出筒中筒結構協(xié)同分析的狀態(tài)空間表達式，用精細積分法求出問題的高精度數(shù)值解。

3.5噶密頓對偶體系

文獻在結構連續(xù)化假定的基礎上，將內(nèi)筒和外筒視為鐵摩辛柯梁，同時考慮內(nèi)筒和外筒的剪切與彎曲變形，建立了筒中筒結構協(xié)同分析的啥密頓對偶體系，其系統(tǒng)矩陣具有辛矩陣的特性，用精細積分法求解。

文獻根據(jù)連續(xù)化原理，把框筒等效連續(xù)化為由各向異性板和角柱圍成的等效實腹薄壁筒，引入縱向位移的三次樣條插值函數(shù)，建立考慮剪力滯后影響的框筒結構受彎分析的哈密頓對偶求解體系，用精細積分法求解。

4、展望

目前來說，筒中筒結構已普遍運用于超高層甚至是超超高層建筑中，原因很簡單，因為其獨特的空間結構體系。更為重要的一點是，當普通建筑達到某一高度時，普通的剪力墻，框架剪力墻等的側向剛度不能滿足設計要求。同時，建筑物越來越傾向于將靠外墻房間做成室內(nèi)無柱的大空間，以便隨意設置隔墻，按需要劃分房間，以求功能與結構形式統(tǒng)一。

雖然筒中筒結構體系的理論及實踐在國內(nèi)外均有較大的發(fā)展，但是對于其空間工作狀態(tài)的研究還不夠深入，對筒中筒結構進行靜力以及動力分析還不夠透徹，因此，筒中筒結構的發(fā)展還有很大潛力，需要更多的研究。