筒体结构是指由一个或多个筒体作为承受水平和竖向荷载的高层建筑结构,适用于层数较多的高层建筑。采用这种结构形式的建筑,其平面形式宜为正方形或接近于正方形。筒体在水平荷载的作用下,其受力类似刚性的箱形截面悬臂梁。
筒式结构体系可分为框筒体系、筒中筒体系、桁架筒体系和成束筒体系等。
1.框筒体系
框筒体系是指内芯由剪力墙构成,周边为框架结构。例如,1997年竣工的广州中信大厦(见图4-21),由一栋主楼、两栋公寓楼和裙楼构成。主楼为办公楼,采用钢筋混凝土框筒结构,外形呈46.3m×46.3m的正方形,建筑面积1.56×105m2,共计80层,其中地下室2层,建筑高度自基础底板起至结构最高点(不计楼顶桅杆)为333.7m,连同桅杆钢塔的总高度为382.5m,当时为中国的最高建筑。
图4-21 广州中信大厦
2.筒中筒体系
当周边的框架柱布置较密时,可将周边的密柱深梁视为外筒,而将内芯的剪力墙视为内筒,这就构成筒中筒体系。
1990年建成的广东国际大厦(见图4-22)由5层裙楼联结1座主楼、2座副楼组成。主楼63层,地下室2层(局部4层),高200.18m。副楼分别为30层109.8m的公寓楼和33层117.6m的写字楼。工程采用天然片筏和条形基础,主楼结构采用无黏结预应力混凝土楼板筒中筒体系,外筒尺寸为35.1m×37m的矩形平面,由24根中柱和4根异形角柱组成,6层以上筒与筒之间的楼板全部采用无黏结预应力平板。内筒尺寸为17m×24m矩形平面,由梯井和电梯间等剪力墙组成。该建筑是当时国内层数最多、最高的钢筋混凝土结构,也是当时世界上采用无黏结预应力平板楼板最高的建筑。
图4-22 广东国际大厦(www.xing528.com)
3.桁架筒体系
为进一步提高高层建筑承受水平荷载的能力,增加体系的刚度,在筒体结构中,增加斜撑,由筒体和斜撑来共同承担水平荷载,减少侧向变形,这种结构体系称为桁架筒体系。
1990年建成的香港中银大厦(见图4-23),总建筑面积1.29×105m2,地上70层,楼高315m,至天线顶的高度为367.4m。当时是香港最高的建筑,也是除美国芝加哥西尔斯塔楼以外最高的摩天大厦。中银大厦平面为52m×52m的正方形,对角划成4组三角形,每组三角形的高度不同。上部结构为4个巨型三角形桁架,斜腹杆为钢结构,竖杆为钢筋混凝土结构。钢结构楼面支承在巨型桁架上,而4个巨型桁架支承在底部三层楼高的巨大的钢筋混凝土框架上,故全部荷载是由4根巨型柱传至基础上的。4个巨型桁架延伸到不同的高度,最后只有一个桁架到顶。
图4-23 香港中银大厦
4.成束筒体系
当建筑物高度增高或平面尺寸进一步加大,框筒结构或筒中筒结构无法满足抗侧刚度的要求时,可采用成束筒(也称为组合筒或模数筒)结构,即由多个筒体组合在一起形成的筒体结构。
最典型的成束筒体系的建筑应为1974年建成的美国芝加哥的西尔斯塔楼(见图4-24),它地上110层,地下3层,高443m,至天线高475.18m,采用钢结构成束筒体系,建筑面积413800m2。它的标准层是在9个23m×23m成束筒结构的基础上形成的69m×69m的正方形平面。每个筒体的柱距为4.6m。随着建筑的增高,各筒在不同的高度终止:1~50层由9个小方筒组成一个大方形筒体,在51~66层截去一条对角线上的两个筒,67~90层又截去另一对角线上的另两个筒,91层及以上只保留两个筒,从而形成错落有致、富有变化和层次感的立面。
图4-24 美国芝加哥的西尔斯塔楼
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