《筒体等结构设计》ppt课件.ppt

第七章 筒体结构,底 部大空间剪力墙结构,带 转换层的高层结构简介,第一节 筒体结构分类和受力特点,筒体是空间整截面工作结构，如同一根竖直在地面 上的悬臂箱形梁，具有造型美观、使用灵活、受力合理、 刚度大、有良好的抗侧力性能等优点，适用于30层或100 米以上的超高层建筑筒体结构随高度的增高其空间作 用越明显，一般宜用于60米以上的高层建筑目前全世 界最高的一百幢高层建筑约有三分之二采用筒体结构； 国内百米以上的高层建筑约有一半采用钢筋混凝土筒体 结构筒体结构可根据平面墙柱构件布置情况分为下列6种： （1）、筒中筒结构，它由中部剪力墙内筒和周边外框筒 组成内筒利用楼电梯间、服务性房间的剪力墙形成薄 壁筒筒由外，周边间距一般在3米以内的密柱和高度较高 的裙梁所组成，具有很大的抗侧力刚度和承载力密柱 框筒在下部楼层，为了建筑外观和使用功能的需要可通 过转换层变大柱距2）、框架-筒体结构，它是由中部的内筒和外周边大 柱距的框架所组成此类结构外周框架不再与内筒整体 空间工作，其抗侧力性能类似框剪结构 （3）、框筒结构，某些高层建筑为了使平面中有较大的 空间，以便更能灵活布置，中部不设置内筒，只有外周 边小柱距的框筒。

（4）、多重筒结构，建筑平面上由多个筒体套成，内筒 常由剪力墙组成，外周边可以是小柱距框筒，也可为开 有洞口的剪力墙组成5）、束筒结构，由平面中若干密柱形成的框筒组成， 也可由平面中多个剪力墙内筒、角筒组成 （6）、底部大空间筒体结构，底部一层或数层的结构 布置与上部各层完全不一致，上部为筒中筒结构，底部 外周边变成大柱距框架，从而成为框架-筒体结构 我国所用形式大多为框架-核心筒结构和筒中筒结 构，本节主要针对这二类筒体结构，其他类型的筒体结 构可参照使用外框筒在水平力作用下，不仅平行于水平力作用方 向的框架(称为腹板框架)起作用，而且垂直于水平力方 向的框架(称为翼缘框架)也共同受力 剪力墙组成的薄壁内筒，在水平力作用下更接近薄 壁杆受力状况，产生整体弯曲和扭转 框筒结构在受力时的一个特点就是剪力滞后，关于 剪力滞后现象的概念，在在本书第二章、第二节中做了 介绍第二节 一般规定,研究表明，筒中筒结构的空间受力性能与其高宽比 有关，当高宽比小于3时，就不能较好地发挥结构的空 间作用因此，筒体结构的高度不宜低于60米，筒中筒 结构的高宽比不宜小于3 由于筒体结构的层数多、重量大，混凝土强度等级 不宜过低，以免柱的截面过大影响建筑的有效使用面积， 筒体结构的混凝土强度等级不宜低于C30。

当相邻层的柱不贯通时，应设置转换梁等构件转 换梁的高度不宜小于跨度的底部大空间为1层的筒体 结构，沿竖向的结构布置应符合以下要求： 1、必须设置落地筒； 2、在竖向结构变化处应设置肯、具有足够刚度和承载 力的转换层；,,3、转换层上、下层结构刚度比为 ， 宜接近1，非抗 震设计时 不应大于3，抗震设计时 不应大于2 可按下列公式计算：,,,,,,,,,,,式中 、 —底层和转换层上层的混凝土剪变模量； 、 —底层和转换层上层的折算抗剪截面面积，可 按上述公式计算； —第i层全部剪力墙在计算方向的有效截面面 积(不包括翼缘面积)； —第i层全部柱的截面面积； —第i层的层高； —第i层柱沿计算方向的截面高度 —第i层的层高； 当第i层各柱沿计算方向的截面高度不相等时，可分 别计算各柱的折算抗剪截面面积楼盖结构应符合下列要求： 1、楼盖结构应具有良好的水平刚度和整体性，以保证 各抗侧力结构在水平力作用下协同工作；当楼面开 有较大洞口时，洞的周边应予以加强； 2、楼盖结构的布置宜使竖向构件受荷均匀；,,3、要保证刚度及承载力的条件下，楼盖结构宜采用较 小的截面高度，以降低建筑物的层高和减轻结构自 重； 4、楼盖可根据工程具体情况选用现浇的肋形板、双向 密肋板、无粘结预应力混凝土平板，核心筒或内筒 的外墙与外框柱间的中距大于12m时，宜另设内柱或 采用预应力混凝土楼盖等措施。

角区楼板双向受力，梁可以采用三种布置方式： 1、角区布置斜梁，两个方向的楼盖梁与斜梁相交，受 力明确此种布置 ，斜梁受力较大，梁截面高，不 便机电管道通行；楼盖梁的长短不一，种类多 2、单向布置，结构简单，但有一根主梁受力大单向 平板布置，角部沿一方向设扁宽梁，必要时设部分 预应力筋 3、双向交叉梁布置，此种布置结构高度较小，有利降 低层高楼盖外角板面宜设置双向或斜向附加钢筋，防止角 部面层混凝土出现裂缝附加钢筋的直径不应小于8mm， 间距不宜大于150mm 筒体墙的正截面承载力宜按双向偏心受压构件计算； 截面复杂时，可分解为若干矩形截面，按单向偏心受压 计算；斜截面承载力可取腹板部分，按矩形截面计算； 当承受集中力时，尚应验算局部受压承载力筒体墙的配筋和加强部位，以及暗柱等设置，与剪 力墙相同一级和二级框架等于核心筒结构的核心筒、 筒中筒结构的内筒，其底部加强部位在重力荷载作用下 的墙体平均轴压比不宜越过下表的规定，并应按规定设 置约束边缘构件或构造要求的边缘构件剪力墙最大平均轴压比 表7－1,注：,1、N为重力荷载作用下剪力墙肢的轴力设计值；,2、A为剪力墙墙肢截面面积；,3、 为混凝土轴心抗压强度设计值。

核心筒或内筒的外墙不宜连续开洞个别小墙肢的 截面高度不宜小于1.2m，其配筋构造应按柱进行 结构的角柱承受大小相近的双向弯矩，其承载力按 双向偏心受压构件计算较为合理 由于角柱在结构整 体受力中起重要作用，计算内力有可能小于实际受力情 况，为安全计算，角柱的纵向钢筋面积宜乘以增大系数 1.3在筒体结构中，大部分水平剪力由核心筒或内筒承 担，框架柱或框筒柱所受剪力远小于框架结构的剪力， 由于剪跨比明显增大，其轴压比限值可适当放松抗震 设计时，框筒柱和框架柱的轴压比限值可沿用框架-剪力 墙结构的规定 楼盖梁搁置在核心筒或内筒的连梁上，会使连梁产 生较大剪力和扭矩，容易产生脆性破坏，宜尽量避免第三节 框架-核心筒结构、框架－核心筒－伸臂结构,结构的周边为柱距较大的框架，而实腹筒布置在内 部时，形成框架－核心筒结构它与筒中筒结构在平面 上可能相似，但受力性能却有很大区别 在水平荷载作用下，密柱深梁框筒的翼缘框架柱承受 较大的轴力，当柱距加大、裙梁的跨高比加大时，剪力 滞后严重，柱轴力将随着框架柱距的加大而减小，但它 们仍然会有一些轴力，也就是还有一定的空间作用正 是由于这一特点，有时把柱距较大的周边框架称为“稀 柱筒体”。

不过当柱距增大到与普通框架类似时，除角柱外， 其它柱子的轴力将很小，由量变到质变，通常可忽略沿 翼缘框架传递轴力的作用，就直接称之为框架以区别于 框筒框架－核心筒结构抵抗水平荷载的受力性能与筒 中筒结构有很大的不同，它更接近于框架－剪力墙结构 由于周边框架柱数量少、柱距大，框架分担的剪力和倾 覆力矩都少，核心筒称为抗侧力的主要构件，所以框架 －核心筒结构必须通过采取措施才能实现双重抗侧力体 系核心筒宜贯通建筑物全高核心筒的宽度不宜小于 筒体总高的，当筒体结构设置角筒、剪力墙或增强结构 整体刚度的构件时，核心筒的宽度可适当减小 核心筒应具有良好的整体性，并满足下列要求： 1、墙肢宜均匀、对称布置； 2、筒体角部附近不宜开洞； 3、抗震设计时，核心筒的连梁可通过配置交叉暗柱、 设水平缝或减小梁的高跨比等措施来提高连梁的 延性4、核心筒的外墙厚度，对一、二级抗震等级的底部加 强部位不应小于层高1/16的及200mm ，对其余情况 不应小于层高的1/20及200mm，配筋不应少于双排； 在满足承载力以及轴压比限值(仅对抗震设计)时， 核心筒内墙可适当减薄，但不应小于160mm; 实践证明，纯无梁楼盖会影响框架-核心筒结构的 整体刚度和抗震性能，因此，在采用无梁楼盖时,仍应 在各层楼盖设置周边柱间框架梁。

各层框架柱的总剪力 应按下述规定予以调整 满足 楼层，其框架总剪力不必调整，不满 足时，其框架总剪力标准值应按 和 二者 的较小值采用 框架－核心筒结构中常常在某些层设置伸臂，连接 内筒与外柱，以增强其抗侧刚度，称为框架－核心筒－ 伸臂结构伸臂是由刚度很大的桁架、空腹桁架、实腹桁架等 组成通常是沿高度选择一层、两层或数层布置伸臂构 件下伸臂的作用原理：在结构侧移时，它使得外柱拉 伸或压缩，从而使得柱承受较大轴力，迎风柱受拉，背 风柱受压，增大了外柱抵抗的倾覆力矩；由于伸臂本身 刚度较大，伸臂使得内筒产生反向的约束弯距，内筒的 弯距图改变，内筒弯距减小；内筒反弯也同时减小了侧 移伸臂加强了结构抗侧刚度，因此把设置伸臂的楼层 称为加强层或刚性层一般情况下，框架－核心筒结构的楼盖跨度较大, 需要设置楼板梁，那么设置伸臂后，就可以减小楼板梁 高度，可采用预应力梁或减小梁间距等各种方法以满足 竖向荷载要求，这样有利于减小层高或增加净空 伸臂对结构受力性能影响是多方面的，增大框架中 间柱轴力、增加刚度、减小侧移、减小内筒弯距是其主 要优点，是设置伸臂的主要目的伸臂也带来一些不利影响，它使得内力沿高度发生 突变，内力的突变不利于抗震，尤其对柱不利。

设置伸 臂时，伸臂所在层的上、下相邻层的柱弯距、剪力都有 突变，不仅增加了柱配筋设计的困难，而且上、下柱与 一个刚度很大的伸臂相连地震作用下这些柱子容易出 现塑性铰或被剪坏，使得结构沿高度的刚度突变，对抗 震不利因此在非抗震区，设置伸臂的利大于弊，而在 地震区，必须慎重设计，否则会弊大于利伸臂层柱子内力突变的大小与伸臂刚度有关，伸臂 刚度越大，内力突变越大；伸臂刚度与柱子刚度相差越 大，则越容易形成薄弱层（柱端出现塑性铰或被剪坏） 因此，如何设置和设计伸臂是框架－核心筒－伸臂结构 设计的主要问题第四节 筒中筒结构,研究表明，筒中筒结构的空间受力性能与其平面形 状和构件尺寸等因素有关，选用圆形和正多边形等平面， 能减小外框筒的“剪力滞后”现象，使结构更好地发挥 空间作用，矩形和三角形平面的“剪力滞后”现象相对 较严重，矩形平面的长宽比大于2时，外框筒的“剪力滞 后”更突出，应尽量避免；三角形平面切角后，空间性 质也会相应改善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，设计时要尽可能增大建筑使用 面积，内外筒之间一般不设柱，若跨度过大也可设柱以减 小水平构件跨度。

矩形平面的长宽比不宜大于2内筒的边 长一般为外筒边长（或直径）的1/2左右，为高度的1/12~ 1/15，如有另外的角筒和剪力墙时，内筒平面尺寸还可适 当减小内筒宜贯通建筑物全高，竖向刚度宜均匀变化 三角形平面宜切角，外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除形状外，外框筒的空间作用的大小还与柱距、 墙面开洞率，以及洞口高宽比及层高与柱距之比等有关 矩形平面框筒的柱距越接近层高、墙面开洞率越小，洞 口高宽比与层高柱距比越接近，外框筒的空间作用越强； 由于外框筒的侧向荷载作用下的“剪力滞后”现象，使 角柱的轴向力约为邻柱的1~2倍,为了减小各层楼盖的翘 曲，角柱的截面可适当放大外框筒应符合下列要求：,,1、柱距不宜大于4m，框筒柱的截面长边应沿筒壁方向布 置，必要时可采用T形截面； 2、洞口面积不宜大于墙面面积的60％，洞口高宽比宜与 层高与柱距之比值相似； 3、角柱截面面积可取为中柱的1~2倍，必要时可采用L形 角墙或角筒筒中筒结构的外框筒墙面上洞口尺寸，对整体工作 关系极大，为发挥框筒的筒体效能，外框筒柱一般不宜 采用正方形和圆形截面，因为在相同梁柱截面面积情况 下，采用正方形截面，梁柱的受力性能远远差于扁宽梁 柱（表7－2）。