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1 主讲老师 韩小雷 高层建筑结构第七章筒体结构设计 2 7 1 7 2 7 3 筒体结构的布置 侧向力作用下的受力特点 筒体结构的计算方法 第7章筒体结构设计 3 第7章筒体结构设计 7 1筒体结构的布置 4 第7章筒体结构设计 7 1 1筒体结构概念 1 筒体结构是框架 剪力墙结构和剪力墙结构的演变与发展 它将抗侧力结构集中设置于房屋的内部或外部而形成空间封闭的筒体 筒体是空间整截面工作的结构 如同竖立在地面上的悬臂箱形截面梁 它使结构体系具有很大的抗侧刚度和抗水平推力的能力 并随房屋高度增加而具有明显的空间作用 因此 筒体结构一般适用于层数较多或高度较大的结构 筒体结构多用于综合性办公楼等各类超高层公共建筑 5 第7章筒体结构设计 7 1 1筒体结构概念 2 筒体结构的类型筒体结构的类型很多 如图所示 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 巨型钢管混凝土柱斜交网格外筒 钢筋混凝土内筒的筒中筒体系 6 第7章筒体结构设计 7 1 1筒体结构概念 7 第7章筒体结构设计 7 1 2核心筒结构 1 核心筒结构作为一种高层建筑的承重结构 可以同时承受竖向荷载和侧向力的作用 当单个核心筒独立工作时 建筑物四周的柱子一般不落地 仅有核心筒将上部荷载传至基础 因此 核心筒占地面积小 周边的柱子仅承受若干层的楼面竖向荷载 故其截面尺寸较小 便于建筑上开窗采光 2 核心筒本身是一个典型的竖向悬臂结构 在结构布置时应根据抗震要求对筒壁上的门窗洞口进行适当的调整 使筒壁成为联肢剪力墙的结构形式 利用连系梁梁端的塑性铰耗散地震能量 使之出现 强肢弱梁 的破坏形态 8 第7章筒体结构设计 7 1 2核心筒结构 图为同济大学图书馆新楼 该结构核心筒尺寸为8 3 8 3m 9 第7章筒体结构设计 7 1 3框筒结构 1 当框筒单独作为承重结构时 一般在中间需布置柱子 承受竖向荷载以减小楼盖结构的跨度 水平力全部由框筒承受 房屋中间的柱子仅承受竖向荷载 这些柱子所形成的框架结构对抵抗侧向力的作用很小 可忽略不计 2 框筒结构外筒柱距较密 常常不能满足建筑使用的要求 为扩大底层柱距 减小底层柱子数 常用巨大的拱 梁或桁架支承上部的柱子 3 角柱对框筒结构的抗侧刚度和整体抗扭具有十分重要的作用 在侧向力作用下 角柱往往产生较大的应力 因此应使角柱具有较大的截面面积和刚度 有时甚至在角柱位置布置实腹筒 或称为角筒 10 第7章筒体结构设计 7 1 3框筒结构 深圳国际贸易中心大厦 50层 158m 钢筋混凝土筒体 外筒由钢骨混凝土和钢柱组成 11 第7章筒体结构设计 7 1 4筒中筒结构 1 把筒中筒结构布置于框筒结构的中间 使之称为筒中筒结构 筒中筒结构的平面可以为正方形 矩形 圆形 三角形或其他形状 2 建筑布置时一般把楼梯间 电梯间等服务性设施全部布置在核心筒内 而在内外筒之间则提供了环形的开阔空间 可满足建筑上自由分隔 灵活布置的要求 12 第7章筒体结构设计 7 1 4筒中筒结构 13 第7章筒体结构设计 7 1 4筒中筒结构 广东国际大厦 63层 200m 钢筋混凝土内筒体 外筒由钢骨混凝土和钢柱组成 14 第7章筒体结构设计 7 1 5巨型框架 核心筒体系 广州东塔高530m 地上112层 地下5层 主体结构采用带伸臂的巨型框架 核心筒结构 楼面平面尺寸为58 1 58 1m 核心筒平面尺寸为32 7 32 7m 15 第7章筒体结构设计 7 1 5巨型框架 核心筒体系 东塔结构构件设计关键问题 1 巨型钢管混凝土柱 2 双层钢板剪力墙 3 C80高强混凝土的应用 施工中的巨型CFT柱 16 第7章筒体结构设计 7 1 6斜交网格外筒 内筒的筒中筒体系 斜交网格外筒 广州西塔主塔楼地面以上103层 高432m 结构形式采用由钢管混凝土巨型斜交网格外筒与钢筋混凝土内筒构成的筒中筒结构 具有足够的抗侧刚度和优异的抗震性能 是目前世界超高层建筑中唯一采用的结构体系 17 第7章筒体结构设计 7 1 6斜交网格外筒 内筒的筒中筒体系 外筒斜交网格节点 外框筒斜交网格柱采用圆钢管 节点区域左右相邻钢管通过拉板相贯实现左右连接 上下相邻钢管则通过与环板相贯实现上下连接 因此外筒就是由一个个四根管与板件相贯连接的节点和节点间的连接钢管组成的斜交的网格 18 第7章筒体结构设计 7 2侧向力作用下的受力特点 19 第7章筒体结构设计 7 2 1筒体结构的受力性能简介 研究表明 筒体结构的空间受力性能与其高度或高宽比等诸多因素有关 筒体是空间整截面工作的 如同一个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 而且垂直于水平力方向上的框架 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 20 第7章筒体结构设计 7 2 1筒体结构的受力性能简介 剪力滞后 效应 在水平力的作用下 除和水平力平行的腹板框架起作用外 翼缘框架也参与工作 但是由于孔洞存在 柱间剪切变形仅靠梁的来传递 这使得框筒的翼缘框架的柱子应力不是直线分布 而是曲线分布 角柱大 中间小 这种现象称为剪力滞后 柱子轴力越靠近角部越大 在翼缘框架中轴力呈三次曲线分布 腹板框架中轴力呈四次曲线分布 21 第7章筒体结构设计 7 2 1筒体结构的受力性能简介 剪力滞后效应 22 第7章筒体结构设计 7 2 1筒体结构的受力性能简介 23 第7章筒体结构设计 7 2 1筒体结构的受力性能简介 在筒体结构中 侧向力所产生的剪力主要由其腹板承担 对于筒中筒结构则主要由外筒的腹板框架和内筒的腹板部分承担 总剪力在内外筒之间按抗侧刚度比分配 侧向力产生的弯矩由内外筒共同承担 由于外筒柱离建筑平面型心较远 故外筒柱内的轴力所形成的倾覆弯矩极大框筒结构或筒中筒结构在侧向力作用下的侧向位移曲线呈剪切型 24 第7章筒体结构设计 7 3筒体结构的计算方法 25 第7章筒体结构设计 7 3筒体结构的计算方法 框架 筒体结构其工作性质类似于框架 剪力墙结构 对于筒中筒结构在进行水平力分配时 也可将框筒作为普通框架结构进行处理 则按框架 剪力墙结构进行水平力分配 框架 框筒 和实腹墙筒体之间进行水平力分配时 首先将结构在水平作用的主轴方向上 将框架结构划分为若干片框架 将实腹墙筒体划分为平面剪力墙时 可以考虑垂直方向墙体作为翼缘参与工作 每侧翼缘的有效宽