分散筒体结构在高层结构应用中的优越性

1、分散筒体结构在高层结构应用中的优越性 李彬 (榆林市协同建设工程有限公司 陕西榆林719000 ) 摘要 通过对目前高层建筑的主要结构形式及其优缺点的介绍，分析了传统高层结构存在的主要问题，进而 提岀了分散筒体结构。在对比分散筒体结构和传统高层结构的基础上论述了分散筒体结构的优越性。 关键词高层建筑结构分散筒体结构 中图分类号：TU208.3 文献标识码：A文章编号： 1 .高层建筑的结构形式及其优缺点 随着社会的发展和科技的进步，越来越多的结构形式被应用于高层建筑，从最开始时的 框架结构，剪力墙结构到后来的筒体结构，巨型结构，这些结构形式分散筒结构性能及典型 墙梁节点钢筋滑移分析具有其各自的

2、优势，但同时具有不同的缺陷。 (1) 框架结构。以梁、柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构称为框架结构。 其优点是建筑平面布置灵活，能获得大空间，建筑立面也容易处理，结构自重轻，计算理论 也比较成熟，在一定高度范围内造价较低。缺陷是结构本身柔性较大，抗侧能力较差，在风 荷载作用下会产生较大的水平位移，在地震荷载作用下，非结构构件破坏比较严重。框架结 构的合理层数一般是 6到15层，最经济的层数是10层左右。同时框架柱占用较多的建筑面 积，减小了有效的使用面积。 (2) 剪力墙结构一利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构形式。优点 是剪力墙结构中的剪力墙的主要作用在于提高整个房

3、屋的抗剪强度和刚度，墙体同时也作为 维护及房间分格构件，而且可以使房间不露梁柱，整齐美观。缺陷是：剪力墙结构墙体较多， 不容易布置面积较大的房间，同时由于单片剪力墙的布置，无法很好的形成空间整体性，只 提供单向抗侧刚度，不能或很少利用另一方向的剪力墙(只能利用较少的有效翼缘)。 (3) 框支剪力墙一将部分底层或部分层的剪力墙取消，代之以框架，形成框支剪力墙结 构。优点是可以满足旅馆布置门厅、会议室等大面积公共用房的要求以及在住宅楼底层布置 商场和公共设施的要求。缺陷是在框支剪力墙结构中，底层柱的刚度小，形成上下刚度突变， 在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形，因此，在地震区不允许采用这种

4、框支剪力 墙结构。 (4) 筒体结构一主要包括实腹筒结构、框筒结构以及析架筒结构：用剪力墙围成的筒体称 为实腹筒；框筒结构是由密柱和刚度很大的窗裙梁形成的密柱框架围成的筒体；如果筒体的 四壁是由竖杆和斜杆形成的析架组成，则称为析架筒。优点是：无论哪一种筒体，在水平力 作用下都可看成固定于基础上的箱形悬臂构件，它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承 载力，并具有很好的抗扭刚分散筒结构性能及典型墙梁节点钢筋滑移分析度。缺陷是传统的 筒体结构(实腹筒、框筒、析架筒及束筒)由于单个筒体过大，剪力滞后效应明显(包括正剪力 滞后效应和负剪力滞后效应，分别发生在结构的下部和上部，无法充分发挥筒体的承载力性

5、能材料利用率较低。 (5) 巨型结构一利用筒体作为柱子，在各筒体之间每隔数层用巨型梁相连，筒体和巨型 梁即形成巨型框架结构。优点是由于巨型框架的梁、柱断面很大，抗弯刚度和承载力也很大， 因而巨型框架比一般框架的抗侧刚度大很多。可以根据建筑物的高度和刚度的需要布置巨型 梁和柱的数量及断面尺寸。当建造高度很大的建筑时，甚至可采用一个结构作为巨型框架的 柱，而用几层楼高的结构作为梁。在上下两层巨型横梁之间有较大的灵活空间，可以布置小 框架形成多层房间，也可以形成具有很大空间的中庭，以满足建筑需要。缺陷是由于巨型构 件的存在，结构随高度的变化会有明显的刚度突变，同时由于此结构不均匀沉降敏感，对地 基础

6、的要求较高。 虽然传统建筑结构体系存在各种不同的缺陷，但多年以来结构形式一直没有创新。从结 构专业来说，加强建筑周边的刚度会有效地抵抗地震对高层建筑的破坏，所以将抗侧构件分 布到结构周边则无疑会对结构抗震有利。在这一思想指导下，本文提出了将传统的核心筒体 系的内核分散成小筒体布置到结构四周提供抗侧和抗扭刚度的概念。同时，这种分散的多个 外核的空间构成模式，使分散后的“核”也具有了使用功能。而从建筑设计的角度来看， 分散的“核”对于高层建筑的空间构成模式和立面造型上的变化也是极具革命性的。它不但 适应了其它专业的需求，而且还有利于避难疏散， 创造更大的使用空间和使高层建筑的内部 空间获得解放。分

7、散筒结构体系作为一种新的结构体系概念，总结了各传统建筑结构体的优 缺点，可以有效克服传统结构的不足一以一系列相对尺寸较小的筒体分散到结构四周作为承 重构件，通过梁板构件将分散的筒体结构组合起来构成整体，提供抗侧力。分散筒结构概念 的本质一分散的抗侧力筒体在工程实践中也已有应用，但还处于起步阶段。 2.分散筒结构的特定及其与传统结构的区别 2.1分散筒结构的特点 (1) 具有明确计算简图和合理的地震力传递路线：力的传递严格遵守楼板一梁一筒体一基 础的传力途径。 (2) 具有多道抗震防线，不会因部分结构或构件失效而导致整个体系丧失抗侧力或承载 力。以连梁作为第一道抗震防线，筒体作为第二道抗震防线，

8、使整个结构做到在小震时所有 构件都处于弹性工作阶段，中震时连梁进入塑性工作阶段，大震时筒体进入塑性工作阶段。 (3) 具有必要的承载力，良好的延性和较多的耗能潜力，从而使结构体系遭遇地震时有 足够的防倒塌潜力。 (4) 不设转换层，没有刚度突变问题。结构的刚度和强度沿水平和竖向的分布应均匀， 或按需要合理分布， 避免出现局部削弱或突变而形成薄弱环节，从而防止地震时出现过大的 集中应力或过大的塑性变形。 (5) 单个筒体剪力滞后现象不明显，材料利用率高。 (6) 在需要底部大空间时，避免剪力墙不落地的出现。 2.2分散筒体结构与传统高层结构的区别 (1)对于核心筒体系，单个筒体过大，剪力滞后效应明显，无法充分发挥筒体的承载力 性能，材料利用率较低。分散筒结构将几个小筒体分散在结构周边，由楼盖及连梁将它们约 束起来共同抵抗水平力作用，具有较大空间刚度，同时小筒的剪力滞后明显弱与大筒，可以 有效利用材料。 相对于框架结构，分散筒结构侧向刚度很大，从而可允许建筑物达到很高的高度。 (3) 对于短肢剪力墙结构，单片剪力墙的布置，无法很好的形成空间整体性，只提供单 向抗侧刚度，不能或很少利用另一方向的剪力墙(只能利用较少的有效翼缘，分散的筒体具 有更好的空间整体性，抗侧筒体可以提供各个方向的