钢筋混凝土筒体结构的发展及抗震特点

訾重 侯振山

摘要：经济发展和城镇化建设促使建筑的形式也有了变化。从建筑的功能上来看，建筑的功能越来越多样化而且向着综合化方向发展。筒体结构在建筑中的应用也得以重视。随着高层建筑的发展，建筑受到荷载和地震的影响也加大了。建筑常规的框架通常是由平面结构组成的，而这显然已经难以满足高层建筑的功能需求。筒体结构的出现，很好地解决了这一问题。文章针对钢筋混凝土筒体结构的发展进行介绍，探讨其抗震特点。

关键词：钢筋混凝土；筒体结构；抗震特点

引言

在建筑的钢筋混凝土结构体系中，主要有框架结构、抗震墙结构、筒体结构几种形式[1]。使用框架结构的建筑一般要低于十层才能使用。此种结构在强烈的地震中，难以实现其整体的抗震能力。抗震强结构的建筑在受到强烈的地震影响时，墙肢间的连梁很容易遭到破坏，因为连梁的跨度相对来说是较小的，在反复的荷载影响下就很容易形成裂缝。常用的这些结构形式进行建筑设计时，对于高层建筑的功能需求上难以满足。因此，在当前高层建筑中，筒体结构的应用越来越多。

1. 钢筋混凝土筒体结构的发展

伴随着科技的发展和城市建设步伐的不断前进，上个世纪开始高层建筑就不断发展。以往常用框架-抗震结构等结构体系也难以满足当前高层建筑的发展需求。作为一种新的结构体，筒体结构的出现为现代高层技术的发展提供了生机。最早提出筒体结构的是美国的工程师凯恩，而且在美国的一些建筑中也已经应用，诸如纽约的双塔楼。因为筒体结构所具有的独特特点，在结构设计中得到重视。

我国对于筒体结构的研究始于上个世纪的七十年代，同时也建立了一些筒中筒结构体系的建筑物。诸如，我国深圳的国贸大厦以及广州的国际大厦。这些建筑都是采用筒中筒结构进行设计的建筑物。在最近几年当中，我国高层建筑中也基本上采用了筒体结构，主要有核心筒和混合筒计划总结构形式。到上个世纪的九十年代，亚洲已经成为了发展最迅速的区域，很多亚洲国家也已经出现了超高层建筑。从九十年代到现在，全球最高的建筑也多见于亚洲地区。

筒体结构最早是在上個世纪的八十年代发展的，而且筒体结构也有不同的形式，诸如实筒形式、框筒形式以及桁架筒三种。采用钢筋混凝建设高层建筑中，经常使用的筒体结构形式有两种。一种是从建筑的外围深梁和密排柱形成的筒状框架，一般称之为框筒。另一种是从环绕梯井和竖向管线的墙壁形成的实腹筒体形式，也叫做核心筒[2]。这两种结筒体形式都属于筒中筒结构形式，也是筒体结构中最具代表性的结构形式。筒体结构受到地震的影响时，两片和水平平行的框架是主要承担水平剪力的部分。在框架结构当中，依赖的是柱的剪应力来对水平荷载加以平衡的，因为弯矩平衡的影响，梁端处会产生剪应力，而且该处的剪应力会导致框架中的轴力发生改变。而筒体结构则不同，虽然筒体结构的裙梁的跨度比比较大，但是同实腹通相比，它的竖向万弯剪的刚度也是较低的。

2. 筒体结构的抗震特点

一般的建筑结构中起着决定性作用的是竖向荷载，在高层建筑中筒体结构中的竖向荷载也同样起着重要的作用，不过，在影响建筑结构的因素中起着关键性作用的还是水平荷载。

竖向的构件在竖向荷载影响下时，构件的轴力和结构的高度之间时属于线性关系的，当结构的高度不断地增加的时候轴力也会随着增加。当构件受到水平荷载的影响之后，底部的弯矩同高度的关系也是成正比的。建筑的结构侧向的位移会因为建筑物的高度的增加不断变大，建筑结构顶点部位的侧移同高度的关系也是成正比的。总之，钢筋混凝土中的筒体结构所发挥的控制作用是水平荷载。因而，对于水平地震影响下的筒体结构受力特点如何值得研究。

钢筋混凝土筒体结构在建筑中的应用，常见的是框架-核心通筒体结构和筒中筒结构。因此，文章主要针对这来两种形式的结构的抗震特点进行分析。

框架-核心筒体结构形式：该种结构属于服务性设施，主要是指刚接的框架同钢筋混凝土芯筒组成的结构。此种结构通常是将钢框架安置在建筑中心部位的竖井外围，把剪力墙核心筒放置在服务性设施的周围。从理论上讲，这种结构的筒体体系一旦受到水平地震的影响，水平垂直的翼缘以及水平方向的腹板就会参与到抗震工作中去。

受到地震的影响，框架-核心筒体结构受到的破坏通常有以下几种：第一，由剪力导致的斜向受拉破坏。第二，由斜向受压引起的破坏。第三，施工缝截面出现的剪切滑移破坏。最后，因为薄壁界面强产生的压屈失稳。这几种破坏都是属于脆性破坏，一旦结构出现破坏，结构的强度也会因此而降低。当结构发生破坏的时候，若在连续梁的墙体根部以及端头出现了塑性铰，核心筒机会出现连梁弯曲破坏[3]。这个时候，结构因为地震产生的作用就会通过一种稳定的形式耗散。从其结构破坏可以知道，这种结构是处于弹性阶段中的时候，很多水平荷载都是由芯筒承担的。不过，芯筒的底部受到地震的影响后会先开裂，框架的大部分承担了水平力，结构遭受到的破坏越强，框架部分承受的荷载也因此会加大。破坏的程度在加强的同时，楼板外的中间部位就会开裂，这时底部基本上已经全部开裂。不过这时，结构的承载力是没有下降的，只有内部配筋的承载力下降的时候才会出现脆性破坏。这时，框架部分就会成为抗震的第二防线。

在筒中筒结构当中，外筒和内筒的剪弯变形同弯曲变形位移是相反的，该种结构的底层最大位移角和顶点水平位移会都会减小。外框筒在地震的影响下会产生较大的剪弯变形，而内筒在水平地震的影响下容易产生弯曲变形。前面提到，这两者的变形的位移是相反的。内筒结构有很强的水平承载力。一般来讲，筒中筒结构的空间承载力是较低的，要避免剪力滞后产生的不利影响，要通过限制框筒的柱距、调整框筒结构的长度来减轻剪力导致的滞后效应[4]。

3.结论

对钢筋混凝土通体结构发展及其抗震的特点进行研究后可以知道，钢筋混凝土筒体结构抗侧移刚度是比较大的，而且还有多个抗震体系。尽管框架-核心筒结构会出现大的顶点侧移，而且结构的剪力效应也十分的显著，不过相比较来讲，筒体结构的抗荷载能力是较高的。在对结构抗震的研究上，目前我国进行的理论和实践研究还不够完善，而且考虑的地震影响因素也并不全面，在其抗震的性能上的研究还有待于进一步的探索。

【参考文献】

[1]王道星. 刚度比的调整对高烈度区SRC框架—RC筒体结构抗震性能影响的分析[D].西安建筑科技大学，2008.

[2]楚留声. 高烈度区型钢混凝土框架—钢筋混凝土筒体混合结构体系抗震性能研究[D].西安建筑科技大学，2008.

[3]张淑云. 高层型钢混凝土框架—混凝土筒体混合结构地震灾变响应与分析[D].西安建筑科技大学，2009.

[4]马红轩. 型钢（钢管）混凝土框架—钢筋混凝土筒体混合结构在高层建筑设计中的应用与研究[D].太原理工大学，2009.