筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、 主講老師：韓小雷 高層建筑結(jié)構(gòu)高層建筑結(jié)構(gòu) 第七章第七章 筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計7.17.27.3筒體結(jié)構(gòu)的布置側(cè)向力作用下的受力特點筒體結(jié)構(gòu)的計算方法7.1 7.1 筒體結(jié)構(gòu)的布置筒體結(jié)構(gòu)的布置7.1.1 筒體結(jié)構(gòu)概念 1.筒體結(jié)構(gòu)是框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的演變與發(fā)展，它將抗側(cè)力結(jié)構(gòu)集中設(shè)置于房屋的內(nèi)部或外部而形成空間封閉的筒體。筒體是空間整截面工作的結(jié)構(gòu)，如同豎立在地面上的懸臂箱形截面梁，它使結(jié)構(gòu)體系具有很大的抗側(cè)剛度和抗水平推力的能力，并隨房屋高度增加而具有明顯的空間作用，因此，筒體結(jié)構(gòu)一般適用于層數(shù)較多或高度較大的結(jié)構(gòu)。筒體結(jié)構(gòu)多用于綜合性辦公樓等各類超高層公共建筑。7.1.

2、1 筒體結(jié)構(gòu)概念 2.2.筒體結(jié)構(gòu)的類型 筒體結(jié)構(gòu)的類型很多，如圖所示。 （1）核心筒 （2）框架-核心筒 （3）筒中筒 （4）成束筒 （5）巨型框架-核心筒 （6）巨型鋼管混凝土柱斜交網(wǎng)格外筒+鋼筋混凝土內(nèi)筒的筒中筒體系7.1.1 筒體結(jié)構(gòu)概念7.1.2 核心筒結(jié)構(gòu) 1.核心筒結(jié)構(gòu)作為一種高層建筑的承重結(jié)構(gòu)，可以同時承受豎向荷載和側(cè)向力的作用，當(dāng)單個核心筒獨立工作時，建筑物四周的柱子一般不落地，僅有核心筒將上部荷載傳至基礎(chǔ)，因此，核心筒占地面積小，周邊的柱子僅承受若干層的樓面豎向荷載，故其截面尺寸較小，便于建筑上開窗采光。 2.核心筒本身是一個典型的豎向懸臂結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)布置時應(yīng)根據(jù)抗震要求對

3、筒壁上的門窗洞口進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使筒壁成為聯(lián)肢剪力墻的結(jié)構(gòu)形式，利用連系梁梁端的塑性鉸耗散地震能量，使之出現(xiàn)“強(qiáng)肢弱梁”的破壞形態(tài)。7.1.2 核心筒結(jié)構(gòu) 圖為同濟(jì)大學(xué)圖書館圖為同濟(jì)大學(xué)圖書館新樓，該結(jié)構(gòu)核心筒新樓，該結(jié)構(gòu)核心筒尺寸為尺寸為8.38.38.3m8.3m7.1.3 框筒結(jié)構(gòu) 1.當(dāng)框筒單獨作為承重結(jié)構(gòu)時，一般在中間需布置柱子，承受豎向荷載以減小樓蓋結(jié)構(gòu)的跨度，水平力全部由框筒承受，房屋中間的柱子僅承受豎向荷載，這些柱子所形成的框架結(jié)構(gòu)對抵抗側(cè)向力的作用很小，可忽略不計。 2.框筒結(jié)構(gòu)外筒柱距較密，常常不能滿足建筑使用的要求，為擴(kuò)大底層柱距，減小底層柱子數(shù)，常用巨大的拱、梁或桁架支

4、承上部的柱子。 3.角柱對框筒結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和整體抗扭具有十分重要的作用，在側(cè)向力作用下，角柱往往產(chǎn)生較大的應(yīng)力，因此應(yīng)使角柱具有較大的截面面積和剛度，有時甚至在角柱位置布置實腹筒（或稱為角筒）。7.1.3 框筒結(jié)構(gòu) 深深圳國際貿(mào)易中心圳國際貿(mào)易中心大廈，大廈，5050層，層，158m158m，鋼筋混凝土筒體，外鋼筋混凝土筒體，外筒由鋼骨混凝土和鋼筒由鋼骨混凝土和鋼柱組成。柱組成。7.1.4 筒中筒結(jié)構(gòu) 1.把筒中筒結(jié)構(gòu)布置于框筒結(jié)構(gòu)的中間，使之稱為筒中筒結(jié)構(gòu)。筒中筒結(jié)構(gòu)的平面可以為正方形、矩形、圓形、三角形或其他形狀。 2.建筑布置時一般把樓梯間、電梯間等服務(wù)性設(shè)施全部布置在核心筒內(nèi)，而在內(nèi)

5、外筒之間則提供了環(huán)形的開闊空間，可滿足建筑上自由分隔，靈活布置的要求。7.1.4 筒中筒結(jié)構(gòu)7.1.4 筒中筒結(jié)構(gòu) 廣東國際大廈，廣東國際大廈，6363層，層，200m200m，鋼筋，鋼筋混凝土內(nèi)筒體，外混凝土內(nèi)筒體，外筒由鋼骨混凝土和筒由鋼骨混凝土和鋼柱組成。鋼柱組成。7.1.5 巨型框架-核心筒體系 廣州東塔高廣州東塔高530m,530m,地地上上112112層，地下層，地下5 5層，層，主體結(jié)構(gòu)采用帶伸臂主體結(jié)構(gòu)采用帶伸臂的巨型框架的巨型框架- -核心筒核心筒結(jié)構(gòu)，樓面平面尺寸結(jié)構(gòu)，樓面平面尺寸為為58.158.158.1m,58.1m,核心核心筒平面尺寸為筒平面尺寸為32,732,73

6、2.7m32.7m。7.1.5 巨型框架-核心筒體系 東塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計關(guān)東塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計關(guān)鍵問題鍵問題（1 1）巨型鋼）巨型鋼管混凝土柱管混凝土柱 （2 2）雙）雙層鋼板剪力墻層鋼板剪力墻 （3 3）C80C80高強(qiáng)混凝土的應(yīng)高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用用 施工中的巨型施工中的巨型CFTCFT柱柱7.1.6 斜交網(wǎng)格外筒+內(nèi)筒的筒中筒體系 斜交網(wǎng)格外筒斜交網(wǎng)格外筒 廣州西塔主塔樓地面廣州西塔主塔樓地面以上以上103103層，高層，高432m432m，結(jié)構(gòu)形式采用由鋼管結(jié)構(gòu)形式采用由鋼管混凝土巨型斜交網(wǎng)格混凝土巨型斜交網(wǎng)格外筒與鋼筋混凝土內(nèi)外筒與鋼筋混凝土內(nèi)筒構(gòu)成的筒中筒結(jié)構(gòu)，筒構(gòu)成的筒中筒結(jié)構(gòu)，具有足夠的

7、抗側(cè)剛度具有足夠的抗側(cè)剛度和優(yōu)異的抗震性能，和優(yōu)異的抗震性能，是目前世界超高層建是目前世界超高層建筑中唯一采用的結(jié)構(gòu)筑中唯一采用的結(jié)構(gòu)體系，體系，7.1.6 斜交網(wǎng)格外筒+內(nèi)筒的筒中筒體系 外筒斜交網(wǎng)格節(jié)點外筒斜交網(wǎng)格節(jié)點 外框筒斜交網(wǎng)格柱采外框筒斜交網(wǎng)格柱采用圓鋼管，節(jié)點區(qū)域用圓鋼管，節(jié)點區(qū)域左右相鄰鋼管通過拉左右相鄰鋼管通過拉板相貫實現(xiàn)左右連接，板相貫實現(xiàn)左右連接，上下相鄰鋼管則通過上下相鄰鋼管則通過與環(huán)板相貫實現(xiàn)上下與環(huán)板相貫實現(xiàn)上下連接。因此外筒就是連接。因此外筒就是由一個個四根管與板由一個個四根管與板件相貫連接的節(jié)點和件相貫連接的節(jié)點和節(jié)點間的連接鋼管組節(jié)點間的連接鋼管組成的斜交的網(wǎng)

8、格。成的斜交的網(wǎng)格。7.2 7.2 側(cè)向力作用下的受力特點側(cè)向力作用下的受力特點7.2.1 筒體結(jié)構(gòu)的受力性能簡介 研究表明：筒體結(jié)構(gòu)的空間受力性能與其高度或高寬比等諸多因素有關(guān)。筒體是空間整截面工作的，如同一個豎在地面上的懸臂箱形梁。框筒在水平力作用下，不僅平行于水平力作用方向上的框架（稱為腹板框架）起作用，而且垂直于水平力方向上的框架（稱為翼緣框架）也共同受力。薄壁筒在水平力作用下更接近于薄壁桿件，產(chǎn)生整體彎曲和扭轉(zhuǎn)。7.2.1 筒體結(jié)構(gòu)的受力性能簡介 “剪力滯后”效應(yīng)：在水平力的作用下，除和水平力平行的腹板框架起作用外，翼緣框架也參與工作，但是由于孔洞存在，柱間剪切變形僅靠梁的來傳遞，這

9、使得框筒的翼緣框架的柱子應(yīng)力不是直線分布，而是曲線分布，角柱大，中間小，這種現(xiàn)象稱為剪力滯后。柱子軸力越靠近角部越大，在翼緣框架中軸力呈三次曲線分布，腹板框架中軸力呈四次曲線分布。7.2.1 筒體結(jié)構(gòu)的受力性能簡介 剪力滯后效應(yīng) 7.2.1 筒體結(jié)構(gòu)的受力性能簡介7.2.1 筒體結(jié)構(gòu)的受力性能簡介 在筒體結(jié)構(gòu)中，側(cè)向力所產(chǎn)生的剪力主要由其腹板承擔(dān)；對于筒中筒結(jié)構(gòu)則主要由外筒的腹板框架和內(nèi)筒的腹板部分承擔(dān)，總剪力在內(nèi)外筒之間按抗側(cè)剛度比分配。 側(cè)向力產(chǎn)生的彎矩由內(nèi)外筒共同承擔(dān)，由于外筒柱離建筑平面型心較遠(yuǎn)，故外筒柱內(nèi)的軸力所形成的傾覆彎矩極大 框筒結(jié)構(gòu)或筒中筒結(jié)構(gòu)在側(cè)向力作用下的側(cè)向位移曲線呈剪切型。7.3 7.3 筒體結(jié)構(gòu)的計算方法筒體結(jié)構(gòu)的計算方法7.3 筒體結(jié)構(gòu)的計算方法 框架-筒體結(jié)構(gòu)其工作性質(zhì)類似于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。對于筒中筒結(jié)構(gòu)在進(jìn)行水平力分配時，也可將框筒作為普通框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，則按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行水平力分配。 框架（框筒）和實腹墻筒體之間進(jìn)行水平力分配時，首先將結(jié)構(gòu)在水平作用的主軸方向