混凝土结构设计常见问题：筒体结构为什么选用梯形外形？

【规范规定】

《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）

9.3.1 筒中筒结构的平面外形宜选用圆形、正多边形、椭圆形或矩形等，内筒宜居中。

【解析】

新条文取消了原规程转换梁截面高度要求。

研究表明：筒中筒结构在侧向荷载作用下，其结构性能与外框筒的平面外形也有关。对正多边形来说，边数越多，剪力滞后现象越不明显，结构的空间作用越大；反之，边数越少，结构的空间作用越差。(www.xing528.com)

表7-1为圆形、正多边形和矩形平面框筒的性能比较。假定5种外形的平面面积和筒壁混凝土用量均相同，以正方形的筒顶位移和最不利柱的轴向力为标准，在相同的水平荷载作用下，以圆形的侧向刚度和受力性能最佳，矩形最差；在相同的基本风压作用下，圆形平面的风载体型系数和风荷载最小，优点更为明显，矩形平面相对更差；由于正方形和矩形平面的利用率较高，仍具有一定的实用性，但对矩形平面的长宽比需加限制。矩形的长宽比越接近1，轴力比N_c/N_m越小，结构空间作用越佳。其中，N_c和N_m分别为外框筒在侧向力作用下，框筒翼缘框架角柱和中间柱的轴向力。一般来说，当长宽比L/B=1（即正方形）时，N_c/N_m=2.5～5；当L/B=2时，N_c/N_m=6～9；当L/B=3时，N_c/N_m＞10。此时，中间柱已不能发挥作用。说明在设计筒中筒结构时，矩形平面的长宽比不宜大于2。

表7-1 规则平面框筒的性能比较

由表7-1可知，正三角形的结构性能也较差，应通过切角使其成为六边形来改善外框筒的剪力滞后现象，提高结构的空间作用。外框筒的切角长度不宜小于相应边长的1/8，其角部可设置刚度较大的角柱或角筒；内筒的切角长度不宜小于相应边长的1/10，切角处的筒壁宜适当加厚。