论筒体结构水泥库加固设计研究
论筒体结构水泥库加固设计研究
摘要：现代建筑结构变化较大，特种结构的设计和现场施工都要面对很多困难，水泥库加固时，该建筑必须要抵抗众多作用力，仅仅使用原来的剪力墙和框剪结构已经不能满足现代建筑的要求，筒体结构对于特种结构的施工有很大帮助，它逐渐成为建筑的主要支撑力。
关键词：筒体结构；布置；结构设计；
前言
我国随着科学技术的发展，建筑行业日益发达，所需水泥要求较高，同样对水泥库建设和加固都提出新的要求，但是也会遇到很多问题，建筑难度大，受到作用力也是同样大，如何消除这些问题；仅仅依靠原有的消除方法已经远远满足不了了，现在筒体结构逐渐代替了原有的方法，咋样才能更好的利用这一技术在建筑行业使用，我们还要很好的完善一下问题。
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一、筒体结构
1、筒体结构特点
筒体结构是指由一个或几个筒体作为承受水平和竖向荷载的高层建筑结构。筒体结构适用于层数较多的高层建筑。采用这种结构的建筑平面，最好为正方形或接近于正方形。 组成筒体结构的构件主要有梁、柱、斜撑、墙肢、连梁、刚域节点等，这些构件首先组成单筒，单筒是筒体结构的基本组成单元，它的结构形式主要有实腹筒、框筒和桁架筒。按筒体结构布置与选型的要求，单筒可以继续组合成筒中筒、束筒、框架-核心筒等各种结构形式。
2、筒体结构的受力性能和工作特点
①.筒体是空间整截面工作的，如同一竖在地面上的悬臂箱形梁。框筒在水平力作用下不仅平行于水平力作用方向上的框架（称为腹板框架）起作用，而且垂直于水平方向上的框架（称为翼缘框架）也共同受力。薄壁筒在水平力作用下更接近于薄壁杆件，产生整体弯曲和扭转。
②．框筒虽然整体受力，却与理想筒体的受力有明显的差别；理想筒体在水平力作用下，截面保持平面，腹板应力直线分布，翼缘应力相等，而框筒则不保持平截面变形，腹板框架柱的轴力是曲线分布的，翼缘框架柱的轴力也是不均匀分布；靠近角柱的柱子轴力大，远离角柱的柱子的轴力小。这种应力分布不再保持直线规律的现象称为剪力滞后。由于存在这种剪力滞后现象，所以筒体结构不能简单按平面假定进行内力计算。
③.在筒体结构中，剪力墙筒的截面面积较大，它承受大部分水平剪力，所以柱子承受的剪力很小；而由水平力产生的倾覆力矩，则绝大部分由框筒柱的轴
向力所形成的总体弯矩来平衡，剪力墙和柱承受的局部弯矩很小。由于这种整体受力的特点，使框筒和薄壁筒有较高的承载力和侧向刚度，而且比较经济。
④.当外围柱子间距较大时，则外围柱子形不成框筒，中央剪力墙内筒往往将承受大部分外力产生的剪力和弯矩，外柱只能作为等效框架，共同承受水平力的作用，水平力在内筒与外柱之间的分配，类似框剪结构。
⑤.成束筒由若干个筒体并联在一起，共同承受水平力，也可以看成是框筒中间加了一个框架隔板。其截面应力分布大体上与整截面筒体相似，但出现多波形的剪力滞后现象，这样，它比同样平面的单个框筒受力要均匀一些。
二、筒体结构的布置
框筒、筒中筒和束筒结构的布置 框筒、筒中筒、束筒结构的布置应符合高层建筑的一般布置原则，同时要考虑如何合理布置，减小剪力滞后，以便高效而充分发挥所有柱子的作用。
（1）、筒体结构的性能以正多边形为最佳，且边数越多性能越好，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。结构平面布置应能充分发挥其空间整体作用。
（2）、筒体结构的高宽比不应小于3，并宜大于4，其适用高度不宜低于60m，以充分发挥筒体结构的作用。
（3）、筒中筒结构中的外框筒宜做成密柱深梁，一般情况下，柱距为，不宜大于4；框筒梁的截面高度可取柱净距的1/4左右。以及开孔率满足规定要求。
（4）、框筒结构的柱截面宜做成正方形、矩形或T形，若为矩形截面，由于梁、柱的弯矩主要在框架平面内，框架平面外的柱弯矩较小，则矩形的长边应与腹板框架或翼缘框架方向一致；
（5）、筒中筒结构的内筒宜居中，面积不宜太小，其边长可为高度的1/12—1/15，也可为外筒边长的1/2—1/3，其高宽比一般约为12，不宜大于15；如有另外的角筒或剪力墙时，内筒平面尺寸还可适当减小。内筒贯通建筑物的全高，竖向刚度宜均匀变化；内筒与外筒或外框架的中距，非抗震设计时宜大于12，抗震设计时宜大于10，宜采用预应力混凝土楼（屋）盖，必要时可增设内柱。
（6）、由于框筒结构柱距较小，在底层往往因设置出入通道而要求加大柱距，必须布置转换结构。
（7）、框筒结构中的楼盖构件(包括楼板和梁)的高度不宜太大，要尽量减小楼盖构件与柱子之间的弯矩传递，可将楼盖做成平板或密助楼盖，采用钢楼盖时可将楼板梁与柱的连接处理成铰接；框筒或束筒结构可设置内柱，以减小楼盖梁
的跨度，内柱只承受坚向荷载而不参与抵抗水平荷载，筒中筒结构的内外筒间距通常为10—12m，宜采用预应力楼盖。
三、特种结构
特种结构的分类：烟囱、水池、水塔、深井、罐、筒仓等构筑物工程，这类结构的工程常常会出现质量事故有裂缝、错位、偏差、变形以及倒塌等等几类。
会出现的问题原因：①、配筋不足，主要原因是设计出现错误，还有可能是施工单位在建设期间偷工减料；②、混凝土强度不够、施工工艺过程使用不恰当和施工质量不足引起的；③、施工过程中出现尺寸偏差较大，未引起足够重视；④、施工过程中未按要求进行，料浆渗漏不能正常使用。
防治办法：①、一定要按照规范进行设计，禁止使用无资质单位所设计的图纸；②、杜绝使用以建设单位图纸，不经严格审核不得使用；③、保证设计出的图纸符合生产工艺要求；④、严格控制施工质量问题。
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四、筒体结构设计
从整体来讲，筒体是一种三维结构，在各个方向都有比较大的刚度和承载力。相对而言，筒体的内力和应力计算都要比二维的剪力墙结构复杂一些。当筒体的高宽比小于3时，它主要表现为刚性抗剪筒体，抗弯不会成为这种矮筒的控制因素；当高宽比为3～6时，剪力将不起主要控制作用，而由抗弯来决定其设计。如果高宽比大于或等于7，则属于柔性筒，必须通过水平分体系和其他抗侧力构件连成整体，共同作用。下面通过实例来说明在初步设计阶段，如何用概念性近似计算来确定该筒体结构设计的可行性。
1、芯筒的截面初选
实腹芯筒在初步设计时，可忽略剪力滞后的影响，直接采用材料力学的方法近似算得截面的应力分布状况，进而对结构受力的合理性进行判断分析。
2、框筒的内力估算
在初估筒体结构的截面尺寸时，可以近似地采用等效槽形截面方法进行水平力作用下梁柱和墙截面的初步估算。同密集柱组成的外框筒具有空间整体受力性质，翼缘框架有显著的剪力滞后现象，角柱轴力较大，而在中央附近轴力较小。可以去掉中部较小的柱，将矩形框筒近似处理成对称配置的双槽形截面，并将其视为竖向悬臂梁，采用平截面假定，按材料力学方法计算。
3、等效槽形截面估算
在水平荷载作用下，框筒结构出现明显的剪力滞后现象，翼缘框架只在靠近腹板框架的地方轴力较大，柱子发挥其受力作用；靠中间的柱子受力较小，不能
充分发挥其作用。因此可将翼缘框架的一部分作为腹板框架的有效翼缘，不考虑中部框筒柱的作用，从而框筒结构可化为两个等效槽形截面。
参考文献：
[1]GB50367-2006混凝土结构加固设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2006.
[2]张长友，土木工程施工，北京：中国电力出版社，2010年12月
[3]中华人民共和国国家标准，建筑结构荷载规范（GB 50009—2001），北京：中国建筑工业出版社，2001
[4]朱延鹏，特种结构，武汉：武汉理工大学出版社，2011
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