8.1.1.2框筒结构
框筒结构是由密排柱在每层楼板平面用窗裙墙梁连接起来的密柱深梁框架(图8-3)组成的空腹筒,它与普通框架结构受力不同。普通框架结构是平面结构,仅考虑平面内的承载力及刚度,忽略平面外的作用;而框筒是空间结构,可以充分发挥结构的空间作用,平行于水平荷载的框架和垂直于水平荷载的框架都参与工作。框筒的水平剪力由腹板框架承担,整体弯矩由翼缘框架承担。框筒的抗侧移刚度、抗扭刚度比框架结构大得多。
框筒可看成在实腹筒上开了很多小孔洞,但它的受力与实腹筒是有区别的。在水平荷载作用下,框筒不再保持平截面变形,剪力滞后现象使翼缘框架各柱受力不均匀,各柱轴力大小呈抛物线形分布,中部柱子的轴向应力减小,角柱轴向应力增大;腹板框架与一般平面框架相似,各柱轴力也不是直线分布。这一作用使楼板产生翘曲,并引起内部间隔和次要结构的变形,且使框筒中间柱的承载力得不到发挥,使结构的空间作用减弱。因此,如何减少剪力滞后效应的影响成为框筒结构设计的主要问题。
8.1.2筒体结构布置
简体结构的布置除须符合高层建筑的一般布置原则外,还应重点考虑减少剪力滞后效应的影响,充分发挥所有框架柱的作用,提高其空间性能。研究表明,筒中筒结构的空间受力性能与其高度、高宽比、平面形状和构件尺寸等因素有关。根据工程实践经验和力学分析结果,将筒体结构布置的要点归纳如下:
- 平面布置
简体结构宜采用双轴对称平面,如圆形、正多边形、椭圆形或矩形等,内筒宜居中,筒体墙肢宜均匀、对称布置。三角形平面宜切角,外筒的切角长度不宜小于相应边长的1/8,其角部可设置刚度较大的角柱或角筒;内筒的切角长度不宜小于相应边长的1/10,切角处的筒壁宜适当加厚。如为矩形平面,则其长宽比不宜大于2,否则在较长的一边剪力滞后现象会比较严重,长边中部的柱子将不能充分发挥作用。
(2)立面布置
当高宽比小于3时,就不能较好地发挥简体结构的整体空间作用。因此,筒中筒结构的高度不宜小于80m,高宽比不宜小于3。框架-核心筒结构的高度和高宽比可不受此限制。对于高度不超过60m的框架-核心筒结构,可按框架-抗震墙结构设计,可适当降低核心筒和框架的构造要求。
(3)内简要求
内筒(核心简)是筒中筒、框架-核心筒结构的主要抗侧力结构,宜贯通建筑物全高,竖向刚度宜均匀变化。一般来讲,当核心筒的宽度不大于筒体总高度的1/12时,简体结构的层间位移就能满足规定。因此,内筒的宽度可为高度的1/15~1/12。如有另外的角筒或剪力墙时,内筒平面尺寸可适当减小。此外,剪力墙内筒尺寸不宜过大或过小,其边长宜为外筒边长的1/3左右,简体角部附近不宜开洞;不可避免时,筒角内壁至洞口的距离不应小于500mm和开洞墙截面厚度中的较大值。
(4)外框简要求
外框筒结构的空间受力性能与开孔率、洞口形状、柱距、梁的截面高度和角柱截面面积等参数有关。
若简体为框筒形式,则应控制框筒密排柱和窗裙梁的尺寸,横梁高度控制在0.6~1. 5m,以使墙面开洞面积不宜大于墙面面积的60%;框筒柱距不宜大于3m,个别可扩大到4.Sm,且不宜大于层高;洞口高宽比宜与层高和柱距的比值相近。
框筒柱宜采用矩形或T形截面,柱的长边位于框架平面内。这是因为框筒、梁柱的弯矩主要在腹板框架和翼缘框架平面内,框架平面外的柱弯矩较小。