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摘 要：对于高层结构设计来说，筒体结构是其中可选用的结构形式，合理地结构布置以及设计将使得结构更安全与经济性。本文从理论出发，结合某筒中筒结构设计案例，探讨了筒中筒结构布置以及设计的相关技术要求，结合实例来加以诠释，为同行提供参考。
关键词：结构设计 筒中筒 结构布置 计算分析
中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（a）-0072-02
1 筒体结构布置
对于筒体结构来说，首先要采取合理的结构布置，才能有效地确保结构的安全以及经济性。在一般工程中，筒体结构由于该结构类型在外筒或外框简采用密排柱，因此而限制了建筑物底部的使用，但为了能有效地满足建筑使用要求，大多是在筒体结构底层采用大空间，从而造成相邻层的竖向构件不贯通，在此间需要采用转换层设计。对于筒体结构转换层及其以下各层结构布置时需要慎重地考虑，具体布置时结合笔者工程实践经验，总结以下几点。
（1）对于筒中筒或者框架核心筒结构来说，其结构的内筒以及核心筒应当从上到下贯通处理，同时对于转换层以下的筒体墙厚必须采取加厚处理。（2）对于筒中筒结构的底层或底部几层的抽柱应充分考虑建筑的使用要求以及建筑立面设计要求进行。同时对于抽柱位置适宜采取均匀对称，避免一侧抽柱一侧不抽的情况，而且禁止抽取角柱，抽柱方式采用隔一抽一原则进行，不应连续抽去多于2根以上的柱，且其位置应在建筑物中部，对称主轴附近。（3）对于结构底层或底部几层抽柱后，可考虑采取预应力梁或者桁架等结构形式来支撑上部密排柱。（4）转换构件上、下层的侧向刚度比同时应满足规范要求，避免抽柱后形成侧向刚度比的不足。（5）对于转换层上、下部结构质量中心宜接近重合（不包括裙房）。
2 筒体结构设计技术要点
2.1 计算程序的判断
筒体结构的结构分析应符合《高规》和《建筑抗震设计规范》的有关规定，采用三维空间分析方法进行内力分析。对B级高度或体型复杂的筒体结构应采用两个或两个以上不同力学模型的空间分析程序进行内力分析和比较，考虑双向水平地震下的扭转地震作用效应、并应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算。尤其是对于外孔较大、整体较差、有较长外伸段或相邻层刚度突变的楼盖，在侧向荷载作用下，须考虑楼盖变形对筒体结构部分竖向构件的不利影响，一般应按楼板有限刚度进行结构整体分析。如采用楼板刚度无限大的假定计算，则构件的最不利内力宜乘以1.1～1.2的增大系数。
对于筒体结构来说，其难免地出现框架梁搭接在筒体上。对于框架梁与筒墙之间的支承条件计算应采取合理的假设。支承在核心筒外路上的框架梁的支承条件可按以下情况分别确定：（1）沿着梁的轴线方向有墙相连接时，可按刚接。（2）核心筒外墙厚度大于0.4LaE（梁的纵向主筋锚固长度）且梁端内侧楼板无洞情况时可假设为刚接；对于在梁支座处另设附墙柱时则可考虑刚接计算。
2.2 带转换层的筒体结构分析
对于某些筒体结构存在带转换层情况，这时对于带转换层的筒中筒结构一般应进行不抽柱的三维空间整体分析与抽柱后的三维空间整体分析（其计算模型应能反映或模拟转换层结构的实际工作状态，转换层结构以下部分可取不带刚域杆单元即纯杆单元），并对其侧向变形与主要杆件的内力进行比较，其侧向层间变形不应有突变，而且对于框筒柱组合的轴力设计值增加不宜小于80%，其组合的剪力设计值不宜增大30%。（2）对于采用斜撑转换、拱转换层结构时，宜采用抽柱前最大组合轴力设计值对其进行筒化补充计算，并与整体空间三维计算结果相比较。（3）带转换层的筒体结构的结构分析的其他规定，同时应该按照高层混凝土结构设计规范相应标准进行。
2.3 内力调整
（1）对于框架楼层总剪力的调整，从国内外较多的震害现象表明，框架—核心筒结构在强烈地层作用下，框架柱的损坏程度明显大于核心筒，为了提高框架柱的承载能力，应适当调整各框架柱的地震剪力。同时《高规》明确规定，对于高层结构抗震设计时，应对各层框架柱的地震剪力进行调整，具体调整内容及方法同框架—剪力墙结构。
（2）构件的内力调整。从模型试验结果分析表明，当采用薄壁杆系模型进行三维整体分析时，由于裙梁的存在，框筒柱的实际轴向变形比按纯杆件计算的轴向变形小，水平荷载下，外框筒的计算内力值将偏小，因此，在计算时宜对框筒柱的单元轴向刚度进行修正，乘以放大系数1.05～1.1。
（3）连梁的刚度折减。核心筒外墙门洞口的连梁的刚度折减系数不宜小于0.5，当墙肢受弯承载能力很强且连梁的过早屈服或破坏对其承受竖向荷载影响不大时，可取较小的刚度折减系数，并按其内力分析结果，对墙肢进行截面设计。
3 工程实例
某大酒店建筑地下2层，地上34层，裙房2层。平面为缺角三角形，如图1所示。对于结构主体高度为106.95 m，总高度112.8 m，如图2所示，整个酒店的建筑面积为36836 m2。建筑所在地区的抗震设防烈度为8度，该酒店抗震设防类别为丙类，场地列别为Ⅲ类场地。本工程采用钢筋混凝土筒中筒结构，外筒为框架筒体，除沿每一三角形边设置6根柱子用裙梁相连形成框架外，三角形缺角部分为剪力墙，构成角部较强的边框。同时利用无窗洞的上下设备层形成两道刚件环梁，以提高结构的抗侧力刚度、减少结构的侧向位移。
外框筒自地面以上高度为106.95 m，高宽比为3.45，外框筒柱距3.6 m，由于标难层以上楼面均有挑出阳台，窗裙梁只能设置于楼板以下，其高度为00.7 m，高跨比为1/3，外框筒开洞率为34.8%。内筒为由墙体组成的核心筒，墙体的布置主要适应电梯、楼梯、卫生问、机房及管道竖井等平面布置的需要。内筒高度为112.8 m，边长为18 m，高宽比为6.27。由于一层、二层有门厅、餐厅等大开间的需要，部分剪力墙不能落地，而采用了部分框支剪力墙结构。为保证一层、二层框支剪力墙的地震力能可靠传递，防止上下层刚度突变，故利用二层以上设备层做成刚性过渡层，此层之顶板及底板做成200 mm厚之现浇混凝土板，与墙体形成—空间箱型结构。外框筒墙厚采用外平内收分段减小厚度（由550～400 mm），内框筒墙厚采用内平外收分段减小厚度（由500～300 mm）。现浇普通粱板结构，考虑到温度影响和结构变形等因素，楼板与内筒之间的连接按铰接。部分电算结果见表1所示。
另外，考虑功能要求，主楼和裙房之间从下到上均未设置沉降经，而是采取调整沉降差异及待主楼施工完毕再施工裙房的办法，并将裙房楼盖与主楼的连接做成饺接。基础为箱型基础加摩擦校的联合基础。沿主楼内外筒墙下布置预制钢筋混凝土长桩，裙房墙下则布置短桩。桩基承受全部上部荷载，箱基则仅考虑20%的基底反力及水浮力进行局部弯曲计算。因箱基兼做承台，故还讲行冲切验算。由计算结果表明，主楼的内筒起主要作用：内筒在结构小下部承担了70%的剪力，随层数的增加逐渐降低，到结构顶层，内筒堵体各薄壁柱出现变号现象时，外筒才承担了较大剪力。在结构底部，内筒也承担了约80%的弯矩，直到25层时，外筒才承担利了约75%的弯矩；顶部因刚性环梁的约束，内力变号，内筒又承担了较大的弯矩。与水平力成任何角度的外框柱轴力分布都存在着剪力滞后现象。但由于高宽比较小（3.45），空间作用好，外筒角校刚度大，裙梁较矮（700 mm），柱梁刚度比大，加之在结构底部和顶部设置了两道环梁，故剪力滞后现象不很严重，曲线乎缓，各柱轴力基本均匀。
4 结论
鉴于筒体结构在高层建筑设计中的应用情况，文章结合笔者工程实践经验，以及某高层建筑结构设计实例，对该高层建筑中筒中筒结构布置，计算分析及相关问题进行了简要的阐述和分析，为同行提供参考借鉴。
参考文献
[1] 屠成松，廖晓明.钢筋混凝土筒中筒结构的优化设计[J].土木工程学报，2013（1）：118～119.
[2] 黄本才，屠成松.高层筒中筒结构的优化设计及其应用[J].同济大学学报，2010（2）：31～33.
[3] 栗秀文.筒中筒结构的概念设计和简化静力分析[J].长安大学学报：建筑与环境科学版，2010（5）：11～15.
关键词：结构设计 筒中筒 结构布置 计算分析
中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（a）-0072-02
1 筒体结构布置
对于筒体结构来说，首先要采取合理的结构布置，才能有效地确保结构的安全以及经济性。在一般工程中，筒体结构由于该结构类型在外筒或外框简采用密排柱，因此而限制了建筑物底部的使用，但为了能有效地满足建筑使用要求，大多是在筒体结构底层采用大空间，从而造成相邻层的竖向构件不贯通，在此间需要采用转换层设计。对于筒体结构转换层及其以下各层结构布置时需要慎重地考虑，具体布置时结合笔者工程实践经验，总结以下几点。
（1）对于筒中筒或者框架核心筒结构来说，其结构的内筒以及核心筒应当从上到下贯通处理，同时对于转换层以下的筒体墙厚必须采取加厚处理。（2）对于筒中筒结构的底层或底部几层的抽柱应充分考虑建筑的使用要求以及建筑立面设计要求进行。同时对于抽柱位置适宜采取均匀对称，避免一侧抽柱一侧不抽的情况，而且禁止抽取角柱，抽柱方式采用隔一抽一原则进行，不应连续抽去多于2根以上的柱，且其位置应在建筑物中部，对称主轴附近。（3）对于结构底层或底部几层抽柱后，可考虑采取预应力梁或者桁架等结构形式来支撑上部密排柱。（4）转换构件上、下层的侧向刚度比同时应满足规范要求，避免抽柱后形成侧向刚度比的不足。（5）对于转换层上、下部结构质量中心宜接近重合（不包括裙房）。
2 筒体结构设计技术要点
2.1 计算程序的判断
筒体结构的结构分析应符合《高规》和《建筑抗震设计规范》的有关规定，采用三维空间分析方法进行内力分析。对B级高度或体型复杂的筒体结构应采用两个或两个以上不同力学模型的空间分析程序进行内力分析和比较，考虑双向水平地震下的扭转地震作用效应、并应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算。尤其是对于外孔较大、整体较差、有较长外伸段或相邻层刚度突变的楼盖，在侧向荷载作用下，须考虑楼盖变形对筒体结构部分竖向构件的不利影响，一般应按楼板有限刚度进行结构整体分析。如采用楼板刚度无限大的假定计算，则构件的最不利内力宜乘以1.1～1.2的增大系数。
对于筒体结构来说，其难免地出现框架梁搭接在筒体上。对于框架梁与筒墙之间的支承条件计算应采取合理的假设。支承在核心筒外路上的框架梁的支承条件可按以下情况分别确定：（1）沿着梁的轴线方向有墙相连接时，可按刚接。（2）核心筒外墙厚度大于0.4LaE（梁的纵向主筋锚固长度）且梁端内侧楼板无洞情况时可假设为刚接；对于在梁支座处另设附墙柱时则可考虑刚接计算。
2.2 带转换层的筒体结构分析
对于某些筒体结构存在带转换层情况，这时对于带转换层的筒中筒结构一般应进行不抽柱的三维空间整体分析与抽柱后的三维空间整体分析（其计算模型应能反映或模拟转换层结构的实际工作状态，转换层结构以下部分可取不带刚域杆单元即纯杆单元），并对其侧向变形与主要杆件的内力进行比较，其侧向层间变形不应有突变，而且对于框筒柱组合的轴力设计值增加不宜小于80%，其组合的剪力设计值不宜增大30%。（2）对于采用斜撑转换、拱转换层结构时，宜采用抽柱前最大组合轴力设计值对其进行筒化补充计算，并与整体空间三维计算结果相比较。（3）带转换层的筒体结构的结构分析的其他规定，同时应该按照高层混凝土结构设计规范相应标准进行。
2.3 内力调整
（1）对于框架楼层总剪力的调整，从国内外较多的震害现象表明，框架—核心筒结构在强烈地层作用下，框架柱的损坏程度明显大于核心筒，为了提高框架柱的承载能力，应适当调整各框架柱的地震剪力。同时《高规》明确规定，对于高层结构抗震设计时，应对各层框架柱的地震剪力进行调整，具体调整内容及方法同框架—剪力墙结构。
（2）构件的内力调整。从模型试验结果分析表明，当采用薄壁杆系模型进行三维整体分析时，由于裙梁的存在，框筒柱的实际轴向变形比按纯杆件计算的轴向变形小，水平荷载下，外框筒的计算内力值将偏小，因此，在计算时宜对框筒柱的单元轴向刚度进行修正，乘以放大系数1.05～1.1。
（3）连梁的刚度折减。核心筒外墙门洞口的连梁的刚度折减系数不宜小于0.5，当墙肢受弯承载能力很强且连梁的过早屈服或破坏对其承受竖向荷载影响不大时，可取较小的刚度折减系数，并按其内力分析结果，对墙肢进行截面设计。
3 工程实例
某大酒店建筑地下2层，地上34层，裙房2层。平面为缺角三角形，如图1所示。对于结构主体高度为106.95 m，总高度112.8 m，如图2所示，整个酒店的建筑面积为36836 m2。建筑所在地区的抗震设防烈度为8度，该酒店抗震设防类别为丙类，场地列别为Ⅲ类场地。本工程采用钢筋混凝土筒中筒结构，外筒为框架筒体，除沿每一三角形边设置6根柱子用裙梁相连形成框架外，三角形缺角部分为剪力墙，构成角部较强的边框。同时利用无窗洞的上下设备层形成两道刚件环梁，以提高结构的抗侧力刚度、减少结构的侧向位移。
外框筒自地面以上高度为106.95 m，高宽比为3.45，外框筒柱距3.6 m，由于标难层以上楼面均有挑出阳台，窗裙梁只能设置于楼板以下，其高度为00.7 m，高跨比为1/3，外框筒开洞率为34.8%。内筒为由墙体组成的核心筒，墙体的布置主要适应电梯、楼梯、卫生问、机房及管道竖井等平面布置的需要。内筒高度为112.8 m，边长为18 m，高宽比为6.27。由于一层、二层有门厅、餐厅等大开间的需要，部分剪力墙不能落地，而采用了部分框支剪力墙结构。为保证一层、二层框支剪力墙的地震力能可靠传递，防止上下层刚度突变，故利用二层以上设备层做成刚性过渡层，此层之顶板及底板做成200 mm厚之现浇混凝土板，与墙体形成—空间箱型结构。外框筒墙厚采用外平内收分段减小厚度（由550～400 mm），内框筒墙厚采用内平外收分段减小厚度（由500～300 mm）。现浇普通粱板结构，考虑到温度影响和结构变形等因素，楼板与内筒之间的连接按铰接。部分电算结果见表1所示。
另外，考虑功能要求，主楼和裙房之间从下到上均未设置沉降经，而是采取调整沉降差异及待主楼施工完毕再施工裙房的办法，并将裙房楼盖与主楼的连接做成饺接。基础为箱型基础加摩擦校的联合基础。沿主楼内外筒墙下布置预制钢筋混凝土长桩，裙房墙下则布置短桩。桩基承受全部上部荷载，箱基则仅考虑20%的基底反力及水浮力进行局部弯曲计算。因箱基兼做承台，故还讲行冲切验算。由计算结果表明，主楼的内筒起主要作用：内筒在结构小下部承担了70%的剪力，随层数的增加逐渐降低，到结构顶层，内筒堵体各薄壁柱出现变号现象时，外筒才承担了较大剪力。在结构底部，内筒也承担了约80%的弯矩，直到25层时，外筒才承担利了约75%的弯矩；顶部因刚性环梁的约束，内力变号，内筒又承担了较大的弯矩。与水平力成任何角度的外框柱轴力分布都存在着剪力滞后现象。但由于高宽比较小（3.45），空间作用好，外筒角校刚度大，裙梁较矮（700 mm），柱梁刚度比大，加之在结构底部和顶部设置了两道环梁，故剪力滞后现象不很严重，曲线乎缓，各柱轴力基本均匀。
4 结论
鉴于筒体结构在高层建筑设计中的应用情况，文章结合笔者工程实践经验，以及某高层建筑结构设计实例，对该高层建筑中筒中筒结构布置，计算分析及相关问题进行了简要的阐述和分析，为同行提供参考借鉴。
参考文献
[1] 屠成松，廖晓明.钢筋混凝土筒中筒结构的优化设计[J].土木工程学报，2013（1）：118～119.
[2] 黄本才，屠成松.高层筒中筒结构的优化设计及其应用[J].同济大学学报，2010（2）：31～33.
[3] 栗秀文.筒中筒结构的概念设计和简化静力分析[J].长安大学学报：建筑与环境科学版，2010（5）：11～15.