高層建筑結(jié)構(gòu)第8章筒體結(jié)構(gòu)課件

8.1筒體結(jié)構(gòu)類型及結(jié)構(gòu)布置8.2在側(cè)向力作用下的受力特點(diǎn)8.4截面設(shè)計(jì)及構(gòu)造要求18.3計(jì)算方法

第8章

筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

8.1筒體結(jié)構(gòu)類型及結(jié)構(gòu)布置當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)多，高度大時(shí)，由平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的框架，剪力墻和框剪結(jié)構(gòu)已不能滿足建筑和結(jié)構(gòu)的要求，而開始采用具有空間受力性能的筒體結(jié)構(gòu)。筒體結(jié)構(gòu)的基本特征是：水平力主要是由一個(gè)或多個(gè)空間受力的豎向筒體承受。筒體可以由剪力墻組成，也可以由密柱框筒構(gòu)成。

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

特點(diǎn)：將剪力墻集中到房屋的內(nèi)部或外部形成封閉的筒體；筒體在水平荷載作用下好像一個(gè)豎向懸臂空心柱體，結(jié)構(gòu)空間剛度極大，抗扭性能也好；筒體結(jié)構(gòu)具有造型美觀、受力合理、使用靈活，以及整體性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于高層和超高層建筑。目前全世界最高的100幢高層建筑約三分之二以上采用筒體結(jié)構(gòu)，國內(nèi)百米以上的高層建筑有一半以上采用簡體結(jié)構(gòu)。

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)筒體結(jié)構(gòu)的類型按筒體布置形式和數(shù)目的不同，可將筒體結(jié)構(gòu)劃分為框筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)和框架-核心筒結(jié)構(gòu)、多重筒結(jié)構(gòu)、束筒結(jié)構(gòu)。

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、框筒：周邊密集的柱和高跨比很大的窗裙梁。在水平力作用下不僅腹板框架受力，翼緣框架也受力。剪力墻構(gòu)成的薄壁筒密排柱及深群梁組成的框筒

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)薄壁內(nèi)筒與密柱外框筒相結(jié)合內(nèi)筒體：筒體與豎向通道結(jié)合外筒體：密柱外框筒，與建筑立面結(jié)合2、筒中筒結(jié)構(gòu)

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3、框架－核心筒體系由若干個(gè)框架和筒體共同承重的結(jié)構(gòu)體系類型：框架和實(shí)腹筒體、框架和空腹筒體框架和空腹筒體

空腹筒體布置在房屋的外圍，框架布置在中間框架和實(shí)腹筒體

利用電梯間、樓梯間、設(shè)備間等的墻比做為筒體的實(shí)腹體壁

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框架—筒體結(jié)構(gòu)體系南京金陵飯店37層，108米，框架-筒體結(jié)構(gòu)，1983年建成。

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)廣州中信大廈37層，322米高，97年建成

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上海金貿(mào)大廈采用的是框架－核心筒結(jié)構(gòu)，建筑物88層，高420.5米。鋼筋混凝土核心筒呈八角形，周邊8根鋼骨混凝土柱底部截面1.5mX5m，柱中配置2根焊接H型鋼。

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)金茂大廈內(nèi)部結(jié)構(gòu)

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)南京金陵飯店青島保險(xiǎn)公司地上39層，高108米

地下2層，地上19層，高65.9米

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)香港中環(huán)中心廣場60層，374米，92年建成。

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)馬來西亞雙塔樓88層，450米，框—筒結(jié)構(gòu)，1996年建成。

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4、多重筒結(jié)構(gòu)內(nèi)筒小，平面尺寸大，樓蓋跨度大，故在內(nèi)外筒之間增設(shè)一圈柱或剪力墻并將之聯(lián)系起來形成筒。

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

蘭州工貿(mào)大廈

地上21層，地下2層，高93米，標(biāo)準(zhǔn)層高3.5米深圳北方大廈

地上25層，地下1層，高81.6米，標(biāo)準(zhǔn)層高3.1米5、束筒結(jié)構(gòu)使用條件：當(dāng)建筑高度或其平面尺寸進(jìn)一步加大，以至于框筒或筒中筒結(jié)構(gòu)無法滿足抗側(cè)力剛度要求時(shí)，必須采用多筒體系兩個(gè)以上框筒（或其它筒體）排列在一起成束狀，稱為成束筒。

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)美國西爾斯大廈110層，443米，束筒鋼結(jié)構(gòu)，1974年建成。允許位移900mm，實(shí)測460mm。用鋼76000噸，砼55700立方米，安裝了102部高速電梯。1~50層51~66層67~90層91層以上

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框筒底層擴(kuò)大柱距的措施

8.2在側(cè)向力作用下的受力特點(diǎn)剪力滯后效應(yīng):

框筒結(jié)構(gòu)中應(yīng)力不保持直線分布的現(xiàn)象。理想筒體在水平力的作用下，腹板應(yīng)力直線分布，翼緣應(yīng)力相等。而實(shí)際框筒的腹板框架軸力呈曲線分布，翼緣框架軸力也不相等。剪力滯后影響因素：平面形狀、建筑高寬比、梁柱剛度比

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8.3.1等效槽型截面法用于初步設(shè)計(jì)時(shí)的大致估算。為粗略估算剪力滯后的影響，與剪力墻結(jié)構(gòu)一樣，引進(jìn)“等效翼緣寬度”概念：等效槽形翼緣寬度bf=bfl+bf2≤min(B/2，H/10);選定bf后，框筒梁、柱內(nèi)力可按材料力學(xué)方法估算，結(jié)果偏安全；估算方法★腹框柱軸力★窗間墻梁剪力

MP(x)—x截面水平荷載引起的懸臂彎矩；

yi—計(jì)算柱至中性軸的距離；

Il(x)—兩等效槽形截面對(duì)中性軸的慣性矩；

Aci—計(jì)算柱橫截面面積；VP(x)—水平荷載在z截面處的懸臂剪力；

S(x)—計(jì)算梁以外所有柱截面對(duì)中性軸的一次矩；

h—樓層高度；

另外，窗間墻梁的端彎矩可由Vb(x)導(dǎo)出；柱剪力Vc由Vp(x)按腹板框架柱根據(jù)D值法求得；柱端彎矩由Vc乘以反彎點(diǎn)高度計(jì)算。公式中符號(hào)4.1.1.3等效平面框架分析方法將框筒展開成一個(gè)等效的平面框架結(jié)構(gòu)，再按框架結(jié)構(gòu)的分析方法進(jìn)行分析。特點(diǎn)

★相對(duì)比較準(zhǔn)確；

★概念明確；

★計(jì)算不太復(fù)雜；

★注意邊界條件和變形協(xié)調(diào)條件；基本假定翼緣框架對(duì)腹板框架承受水平剪力而產(chǎn)生的彎曲變形不起直接支承作用。分析思路★一般框筒結(jié)構(gòu)均具有兩個(gè)對(duì)稱面，取1/4筒體進(jìn)行計(jì)算；把1/4筒體展開為平面框架，水平荷載也取為整個(gè)筒體所受水平荷載的1/4；★用類似平面框架分析的方法，解算1/4框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與位移；★進(jìn)一步，利用對(duì)稱、反對(duì)稱的關(guān)系求解整個(gè)框筒結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移；?筒體邊界條件

★腹板框架中節(jié)點(diǎn)：水平有位移、無約束，豎向無位移、有約束或者該處，該柱；★翼緣框架中節(jié)點(diǎn)：水平位移及轉(zhuǎn)角為0，可用豎向支座表示；或者該柱??；★框筒結(jié)構(gòu)的角柱（翼框與腹框共有）可一分為二，若翼緣部分截面特性為Ac1、Ic1，腹板部分為Ac2、Ic2，則有◆Ac1+Ac2=Ac，可取Ac1=Ac2=Ac/2，二者的相對(duì)大小對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果影響不大；

◆Icl=Icy:角柱截面對(duì)垂直于荷載方向的形心軸y的慣性矩◆Ic2=Icx:角柱截面對(duì)平行于荷載方向的形心軸x的慣性矩構(gòu)件截面參數(shù)

方法與效果評(píng)價(jià)

★等效槽形截面法：粗略的近似估算；

★等效平面框架法：相對(duì)較精確；

★利用等效平面框架法編程上機(jī)計(jì)算可得出相應(yīng)的影響關(guān)系并制成影響曲線供初步設(shè)計(jì)時(shí)查用?？蛲步Y(jié)構(gòu)起控制作用的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)★柱和梁的彎曲剛度Kc=Ic/h，Ic、Ib分別為柱、梁截面慣性矩；Kb=Ib/l，h、l分別為柱高、梁有效跨度；★梁的剪切剛度

在梁兩端截面不產(chǎn)生轉(zhuǎn)角的情況下，使梁的一端產(chǎn)生垂直于梁軸方向的單位位移所需的剪力.★柱的軸向剛度使柱長沿軸向產(chǎn)生單位長度的變形所需要的軸力★框筒的剛度比Kf=Kc/Kb★框筒的剛度因子

N為樓層數(shù)★框筒的邊長比RR=L(翼緣框架長)/B(腹板框架長)底層柱軸力系數(shù)腹板框架剪力系數(shù)8.3.2等效角柱法框筒結(jié)構(gòu)為空間結(jié)構(gòu)，與一般框架不同之處在于翼緣框架參與抗側(cè)力工作，翼緣依附于腹框參與抗側(cè)力，可以說是通過角柱來實(shí)現(xiàn)其加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體剛度的作用的；思想★設(shè)想一個(gè)“等效角柱”代替翼框作用

★將框筒結(jié)構(gòu)等代為兩榀帶有“等效角柱”的腹框★之后采用一般平面框架分析法進(jìn)行分析；根據(jù)剪力滯后的特點(diǎn)，按上述方法對(duì)邊（角）柱（考慮軸向變形）軸力進(jìn)行分析，與大量實(shí)例試算所得數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比并編制相關(guān)圖表，以方便求得角柱通過翼框各柱中產(chǎn)生的軸力。此法的關(guān)鍵在于：確定各層等效角柱的截面積。等效的原則：等效前后角柱的軸向變形相等若設(shè)第i層角柱等效前的截面面積Aci、軸力Ni；等效后、軸力，則：

角柱等效前、后的軸向變形分別為：

為等效系數(shù)

故而若不考慮翼緣框架對(duì)腹板框架彎曲變形的支承作用，則等效前后角柱的慣性矩不變，即：影響等效系數(shù)的主要因素：★角柱與中間柱的面積比；

★梁的線剛度、跨度；

★層高、層數(shù)等。崔鴻超．框筒（筒中筒）結(jié)構(gòu)的簡化計(jì)算法[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，1982，(6):通過對(duì)大量不同幾何參數(shù)的平面框架和空間框架進(jìn)行計(jì)算，繪制曲線，即角柱軸力用手算方法轉(zhuǎn)換為翼框各柱軸力的公式與圖表，并得出：★等效框架與原結(jié)構(gòu)的彎曲剛度、剪切剛度相近★分析所得內(nèi)力與位移比較準(zhǔn)確★等效柱中的彎矩、剪力值比原結(jié)構(gòu)中角柱的內(nèi)力值偏大，中柱（腹框）剪力偏小，尤其是腹框柱數(shù)量較少時(shí)尤為明顯。（1）筒體結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C30；（2）筒中筒結(jié)構(gòu)的高度不宜低于60m，高寬比不應(yīng)小于3；（3）當(dāng)相鄰層的柱不貫通時(shí)，應(yīng)設(shè)置轉(zhuǎn)換梁等構(gòu)件，為確保轉(zhuǎn)換梁剛度和強(qiáng)度，轉(zhuǎn)換梁的高跨比不宜小于1/6。（4）筒體結(jié)構(gòu)的樓蓋外角宜設(shè)置雙層雙向鋼筋，單層單向配筋率不宜小于0.3%，鋼筋直徑不應(yīng)小于8mm，間距不應(yīng)大于150mm，雙層雙向筋的配置范圍不宜小于外框架（或外筒）至內(nèi)筒外墻中距的1/3和3m。

8.4.1筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本要求

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖8.9

板角配筋

筒體結(jié)構(gòu)的樓蓋外角宜設(shè)置雙層雙向鋼筋（圖16），單層單向配筋率不宜小于0.3%，鋼筋的直徑不應(yīng)小于8㎜，間距不宜大于150㎜，配筋范圍不宜小于外框架（或外筒）至內(nèi)筒外墻中距的1/3和3m。

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.按一般梁設(shè)計(jì)，不考慮深梁作用。

2.截面尺寸應(yīng)滿足抗剪要求：

（1）無地震作用組合

（2）有地震作用組合

①

跨高比大于2.5時(shí)：

②

跨高比不大于2.5時(shí)：

8.4.2框筒梁和連梁的設(shè)計(jì)

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.不設(shè)彎起鋼筋。

4.當(dāng)框筒梁截面高度與跨度之比大于2時(shí)，可以設(shè)置交叉暗撐。斜筋每一方向4根，直徑不小于14㎜，箍筋直徑不應(yīng)小于8㎜，間距不應(yīng)大于200㎜及梁截面寬度的一半；端部加密區(qū)間距不應(yīng)大于100㎜，加密區(qū)長度不應(yīng)小于600㎜及梁截面寬度的2倍。交叉斜筋伸入墻內(nèi)長度，抗震設(shè)計(jì)時(shí)取laE，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)取la，面積為：

非抗震設(shè)計(jì)

抗震設(shè)計(jì)

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.裙梁縱筋每側(cè)不少于216，箍筋不少于8@200，腰筋不少于12@200。

（非抗震設(shè)計(jì)）

（抗震設(shè)計(jì)）

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1

.在相同的水平荷載作用下，以圓形的側(cè)向剛度和受力性能最佳，矩形最差；正三角形的結(jié)構(gòu)性能也較差，應(yīng)通過切角使其成為六邊形來改善外框筒的剪力滯后現(xiàn)象，提高結(jié)構(gòu)的空間作用。2

.筒中筒結(jié)構(gòu)的平面外形宜選用圓形、正多邊形、橢圓形或矩形等，內(nèi)筒宜居中。筒中筒矩形平面的長寬比不宜大于2。

8.4.4筒中筒的構(gòu)造要求

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筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3

.外筒的切角長度不宜小于相應(yīng)邊長的1/8，其角部可設(shè)置剛度較大的角柱或角筒；內(nèi)筒的切角長度不宜小于相應(yīng)邊長的1/10，切角處的筒壁宜適當(dāng)加厚。4

.筒中筒結(jié)構(gòu)內(nèi)筒的邊長可為高度的1/12～1/15，如果有另外的角筒或剪力墻時(shí)，內(nèi)筒平面尺寸還可適當(dāng)減小。內(nèi)筒宜貫通建筑物全高，豎向剛度宜均勻變化。5

.筒中筒結(jié)構(gòu)跨高比不大于2的框筒梁和內(nèi)筒連梁宜采用交叉暗撐；跨高比不大于1的框筒梁和內(nèi)筒連梁應(yīng)采用交叉暗撐，且應(yīng)符合相應(yīng)的規(guī)