高楼混凝土内筒-钢外筒中筒体系

1.结构体系的组成

（1）对于高度超过200m、房屋高宽比大于4的楼房，当采用筒中筒体系时，也可根据设计条件采用混凝土内筒-钢外筒结构体系，即采用由钢筋混凝土芯筒或型钢混凝土芯筒和外圈钢框筒所组成的抗侧力体系（图5-95a）。

图5-95 混合结构筒中筒体系

a）结构平面 b）混凝土芯筒内的型钢暗柱

（2）在非地震区，为了方便楼盖钢梁与混凝土芯筒的连接，也有在芯筒外圈墙体内，于楼盖钢梁支座处按照构造要求埋置较小截面的钢柱，并每隔若干楼层于楼盖处设置钢梁，以连系各根钢柱。

（3）需要抗震设防的结构，为了减轻地震倾覆力矩作用下混凝土芯筒墙体的拉应力，以提高墙体的受剪承载力，并使墙体在受剪开裂后仍具有足够的竖向承载力和抗倒塌能力，宜在内外纵、横墙体交接处，以及沿墙体长度方向每隔不大于6m处，埋置较大截面的钢柱（图5-95b）；此外，于每层楼盖处，在墙内设置钢梁，与各根钢柱相连接，在混凝土芯筒内形成纵向和横向暗构架。芯筒外墙转角处的暗柱，宜采用由一个H型钢和两个剖分T型钢拼焊成的带翼缘十字形截面，或采用两个H型钢拼焊成双工字形截面，其余部位可采用H型钢。

（4）芯筒墙体洞口处剪跨比值较小的连梁，应增配交叉（X型）钢筋骨架，以提高连梁的延性和受剪承载力。(www.xing528.com)

（5）对于超高层建筑，当混凝土芯筒的高宽比大于10时，水平荷载倾覆力矩引起的墙体拉应力和压应力将达到较大数值，受拉墙肢的受剪承载力将出现较大幅度的降低，受压墙肢也可能发生脆性的剪压破坏。为了使外框筒的翼缘框架中部钢柱直接参与芯筒的整体受弯，减小芯筒自身承担的倾覆力矩量值，宜在结构顶层以及每隔15层左右的楼层内，沿芯筒纵、横墙体所在平面，由芯筒向外伸出一层楼高的钢桁架（刚臂），与外圈钢柱连接，并于该楼层，沿外圈钢框筒设置一层楼高的钢桁架，形成外圈环梁。

2.结构特点

（1）混凝土芯筒是一种高宽比值较大的、剪力滞后效应很弱的立体构件，因而属弯曲型抗侧力构件（图2-18a）。外圈钢框筒，平面尺寸较大，剪力滞后效应较强，因而属剪弯型抗侧力构件（图2-18c）。在水平荷载作用下，由于各层楼盖作为刚性横隔板的联系和协调，两者的侧移趋于一致，减小了弯曲型构件的顶点侧移和剪弯型构件下段的较大层间侧移，从而改善整个结构体系的侧向变形状态。

（2）风荷载作用下，包括混凝土芯筒在内的整个结构体系基本上处于弹性变形阶段，结构可靠度与全钢结构无大差异。而且在阵风作用下，由于钢筋混凝土芯筒具有很大的抗推刚度，顺风向和横风向的结构振动加速度均远小于相同结构体系的全钢结构，更容易将结构风振加速度控制在引起风振不适感的限值以内。所以，混合结构是一种安全、经济的高效抗风结构。

（3）在强烈地震作用下，整个结构将越过弹性变形阶段进入塑性变形阶段。虽然外圈钢框架承担了较多的倾覆力矩；但水平地震剪力的大部分，将由混凝土芯筒承担。混凝土墙体开裂后，将导致其抗推刚度出现较大幅度的降低，从而使按弹性刚度比例承担的水平地震力，部分向外圈钢框筒转移。此种情况应该在结构分析中得到考虑。

（4）与钢筋混凝土筒中筒结构体系相比较，混合结构筒中筒体系具有以下优点：①由于钢材具有比混凝土高得多的抗剪强度，钢框筒柱不会发生钢筋混凝土框筒柱地震时的脆性剪切破坏；②在高轴压比的情况下，钢筋混凝土框筒柱容易发生脆性的偏压碎裂，而钢框筒柱，只要侧向稳定得到保证，即使在超轴压的情况下，也具有很好的延性；③在同等水平荷载作用下，钢框筒的水平截面远小于钢筋混凝土框筒柱，从而可以提供更多的建筑使用面积；④钢框筒的自重较轻，对于软弱土层地基，有利于降低基础费用；⑤钢框筒的组装进度也比钢筋混凝土框筒的浇灌作业快得多，可以使大楼提前投入使用，经济上的受益可使钢框筒的较高投资得到一定的补偿。

（5）在混合结构筒中筒体系中，钢筋混凝土芯筒和外圈钢框筒同是主要抗侧力构件，而且混凝土芯筒还承担了较多份额的水平地震剪力。因此，混合结构筒中筒体系的耐震性能，低于全钢结构，高于混凝土结构，即介于两者之间。