筒体结构设计是高层建筑结构设计中的重要环节,它以其造型美观、使用灵活、受力合理以及整体性强等优点,在高层建筑中得到了广泛应用。以下是对筒体结构设计的详细阐述:
一、筒体结构的类型
筒体结构主要包括框筒、筒中筒、束筒结构以及框架-核心筒结构等几种类型。
框筒结构:由密柱框架或壁式框架围成的空腹筒体结构,具有很大的抗侧移和抗扭刚度,同时可增大内部空间的使用灵活性。
筒中筒结构:由内外两个筒体组成,外筒为框筒,内筒为核心筒,两者共同承担竖向和水平荷载,形成高效的抗侧力结构体系。
束筒结构:由多个筒体并联而成,具有很大的刚度,可建造很多层数和很大高度的建筑物。
框架-核心筒结构:在框架内的一定位置上设置剪力墙内筒,外周为一般框架,其平面形状较为自由、灵活多样。
二、筒体结构的布置原则
平面形状:筒体结构的平面形状以圆形和正多边形最为有利,也可采用椭圆形或矩形等其他形状。当采用矩形平面时,其平面尺寸应尽量接近于正方形,长宽比不宜大于2。若长宽比过大,可以增加横向加劲框架的数量,形成束筒结构。
高宽比:筒体结构的高宽比不应小于3,并宜大于4,其适用高度不宜低于60m,以充分发挥筒体结构的作用。
开孔与洞口:框筒的开孔率不宜大于60%,且洞口高宽比宜尽量和层高与柱距之比相似。洞口形状与框筒梁柱轴线网络的形状应相似,以避免剪力滞后现象。
柱距与柱截面:框筒结构的柱距较小,一般在2~4m之间。柱截面宜做成正方形、矩形或T形,若为矩形截面,其长边应与腹板框架或翼缘框架方向一致。
三、筒体结构的受力性能
抗侧刚度:筒体结构具有很大的抗侧刚度,能够有效抵抗水平荷载和地震作用。
剪力滞后:筒体结构中,由于剪力滞后影响,腹板框架柱的轴力是曲线分布的,而翼缘框架的轴力也是不均匀分布的。因此,在设计时需要采取措施减小剪力滞后现象。
整体作用:筒体结构具有很强的整体作用,能够充分发挥所有柱子的作用,提高结构的整体稳定性和抗震性能。
四、筒体结构设计的注意事项
加强角部:筒体的角部是联系两个方向的结构协同工作的重要部位,受力很大。因此,需要采取措施予以加强,如局部加厚筒壁、加大角柱截面尺寸等。
转换结构:在底层往往因设置出入通道而要求加大柱距,此时必须布置转换结构。转换结构的主要功能是将上部柱荷载传至下部大柱距的柱子上。
施工要求:筒体结构的施工要求较高,需要采用先进的施工技术和设备,确保施工质量和安全。
综上所述,筒体结构设计是高层建筑结构设计中的重要内容。通过合理的布置和受力分析,可以充分发挥筒体结构的优点,提高高层建筑的整体稳定性和抗震性能。