高层民用建筑筒中筒结构体系简析

吕毅

咸阳市规划设计研究院 陕西咸阳 712000

摘要：随着我国城市化进程的不断深入推进，高层与超高层建筑也越来越常见。作为一种在技术层面上性能优良的结构体系，筒中筒结构本身有着良好的抗震性能和抵抗风力荷载的性能，也因为其具有这样的优点，筒中筒结构体系在高层与超高层民用建筑中获得了较为广泛的应用。本文简要阐述了高层与超高层民用建筑筒中筒结构体系的特点，并着重对其布置要点及该结构自身具有的优缺点进行了分析。

关键词：高层建筑；筒中筒结构；优缺点

1 引言

随着计算机技术的不断发展、结构设计方法与理论的不断完善，高层与超高层民用建筑也越来越常见。作为一种特殊的建筑结构，高层民用建筑通常需要更强的抵抗外部荷载的能力，因此高层与超高层建筑选用怎样的建筑结构体系就需要我们进行深入的分析和认真的考量。本文，我们将着重探讨筒中筒结构体系。

2 筒中筒结构特征与简介

由于高层与超高层民用建筑需要考虑地震力、风荷载等一些水平力对结构安全性能的影响，所以高层民用建筑必须要具备足够的承载能力、极强的抗震性能并要保证其造价不至于过高。高层与超高层建筑目前采用的结构体系大致有四种，分别为框架简体结构、矩形框架结构、束简结构以及筒中筒结构体系。而筒中筒结构又因其自身所具有的独特优势而被最广泛的采用。

高层民用建筑筒中筒结构体系分为外筒与内筒双层筒体结构，其中内筒又分为三种，分别为钢框筒、双格筒与析架筒。外筒分两种，分别为钢筋混凝土墙筒和析架筒。如果建筑物很高，则可通过在内筒和外筒中间设置一个伸臂析架以减少建筑物发生侧方位移。若在水平载荷加载作用下，一般内筒是以弯曲状态为主，而外筒则是以剪切形式为主。内外筒之间用楼板与外伸臂析架相互扶助。如果外筒达到了一定的刚度值，内筒的刚度和直径大小可相应的降低要求。事实上，筒中筒的结构体系对外伸臂析架的要求并不是很高，大多时候设不设置外伸臂析架其实影响也并不是太大。

筒中筒简体结构的基本形式包括三种，分别是实腹筒结构、框筒结构和桁架筒结构。通常情况下高层建筑筒中筒结构体系抵抗力的强弱程度是由这三种结构中的一种或者若干种所构成的。筒中筒结构作为一种优势明显的建筑结构体系，抵抗较大水平作用力非常有效。而高层与超高层民用建筑与普通建筑不同，有着其自身独特的要求，筒中筒架构体系的这些优点正好可以满足高层与超高层建筑的这种独特需求。

3 筒中筒结构体系在高层与超高层建筑中应用的优缺点分析

筒中筒结构是一种由内外筒组合在一起所形成的一种建筑结构体系，这种结构中的内筒一般情况下是剪力墙薄墙体壁筒，而其外筒结构则主要是由密柱组合在一起而构成的框筒。这种形式的结构通常意味着外柱具有更大的密度，结构的整体性能较好，大致与多孔的竖向箱型梁壁类似，不管是抵抗风力荷载还是其自身具有的抗震性能都是比较高的。也因为此，我国很多高层与超高层民用建筑都是选用的筒中筒建筑结构体系。但是，同样也正是由于这样的筒中筒建筑结构体系是一种由内外筒一起组合而成的结构形式，所以在两种筒壁之间必定有着一定的空隙，也正是由于该空隙的存在，必将导致该结构的通风效果异常显著，这就会导致该建筑结构的防火能力相对显得薄弱。这样，如果遇上了较大的火灾，在风力的作用下，火势将很难被控制住。所以，由此我们可以发现，筒中筒结构在高层与超高层民用建筑中应用时，其最明显的缺点就是这种结构的防火能力比较差。

4 筒中筒结构体系在高层与超高层建筑结构中的布置要点

（1）采用密柱深梁结构将使得窗裙梁的跨度和高度都变小，若要减小框架剪切面的变形状况和其弯曲程度，最有效的办法就是将框架做成密柱深梁结构形式，这样做也可以使柱中剪力滞后的情况获得大大缓解。

（2）高层与超高层建筑结构作为一种特殊的建筑结构体系，如果讲其最显著的一大特点是其自身高度比其长度大出许多的话，那么这时再选用筒中筒结构就不是太合适了，这是因为在这样的情况下，高层或超高层建筑的总高度比总宽度大出了三倍以上。

（3）一般来讲，最合理的框筒平面应大致与正方形或者圆形类似。举例来讲，我们以矩形平面为例子，若其长边和短边相差了两倍以上，就将使得长边出现较为严重的剪力滞后的现象，这样其利用率就极大的減小了。

（4）在高层与超高层建筑结构中采用筒中筒结构体系，实际上竖向荷载是由该建筑结构的整个楼盖所承受的，与此同时，高层建筑的整个楼盖还会由于存在水平荷载而出现与刚性隔板类似的效果，而内筒外筒和楼盖同时也会形成相互协助的工作状况。采用筒中筒结构体系的高层民用建筑的另外一个优点是，楼盖整体能够使整个高层或超高层建筑筒体保持二维的平面状态，从而可以进一步保证在进行建筑结构的施工时，竖向筒体不至于发生严重的变形。楼盖作为高层与超高层民用建筑非常重要的一个组成部分，在设计施工的时候需要对其高度进行适当的公式，不能够太高，应尽量将柱子与楼盖两者间的弯曲度传递减小，内筒和外筒的间距应当以10米到12米为最适当的距离。

（5）若高层或超高层民用建筑结构的内筒面积过小，一般情况下应当以内筒边长的2到3被作为外筒的边长，这样的设置比较合理。这种情况下，还应注意，内外筒的中间不能再设置柱子。因为就内筒而言，内筒的高宽比维持在12～15之间是比较适宜的，如果高宽比过大反而不好。

5 结束语

目前，我国的城市化进程正在深入推进，伴随着城市化发展的，是高层与超高层建筑的越来越普遍，这也就对高层与超高层建筑结构提出了越来越多的功能化要求。筒中筒结构体系作为一种同时拥有者良好的抵抗风力荷载与抗震性能的结构体系，近年来在国内外的高层与超高层建筑中获得了越来越广泛的应用。这种结构体系不仅具有非常良好的功能化性能，而且在缩短建设工期和提升建筑结构物的质量方面也具有着其独到的优势。可以预见，在不久的将来，城市的数字化与现代化趋势将会更加明显，筒中筒结构体系也将随之而逐渐成为高层与超高层民用建筑结构的主流形式。

参考文献：

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[4] 王鹏.简述超高层钢结构建筑筒中筒结构体系[J]. 中国建筑金属结构.2013.