1、建筑结构选型,第7章 筒体结构,2018年6月3日星期日,李广军,2,7 筒体结构,概述 随着建筑层数、高度的增加和抗震设防要求的提高，以平面工作状态的框架、剪力墙以及框架-剪力墙等组成高层建筑结构体系往往不能满足要求。这时，可以由剪力墙构成空间薄壁实腹筒体，成为竖向悬臂箱形梁结构；或者加密框架柱，辅以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的空腹框筒。,2018年6月3日星期日,李广军,3,简言之，简体结构是由实腹剪力墙或空腹密柱深梁封闭起来的一个或几个简体作为承受水平和竖向荷载的高层或超高层建筑结构。,2018年6月3日星期日,李广军,4,筒体结构具有造型美观、受力合理、使用灵活，以及整体性强
2、等优点，适用于高层和超高层建筑。目前全世界最高的100幢高层建筑约三分之二以上采用筒体结构，国内百米以上的高层建筑有一半以上采用简体结构。简体结构的平面外形宜选用圆形、正多边形、椭圆形或矩形，内筒宜居中，以增强筒体结构在侧向力作用下的结构性能。因为研究表明筒体结构性能具有形状效应，例如，对于正多边形来讲，边数越多，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。,2018年6月3日星期日,李广军,5,剪力滞后效应: 框筒结构中应力不保持直线分布的现象。 理想筒体在水平力的作用下，腹板应力直线分布，翼缘应力相等。而实际框筒的腹板框架轴力呈曲线分布，翼缘框架轴力也不相
3、等。剪力滞后影响因素： 平面形状、建筑高宽比、梁柱刚度比,2018年6月3日星期日,李广军,6,7.3 筒体结构的布置,筒体结构具有很大的抗侧移和抗扭刚度，又可增大内部空间的使用灵活性，对于高层建筑，框筒、筒中筒、束筒都是首选的结构体系。 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。,2018年6月3日星期日,李广军,7,一、平面布置及有关尺寸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。2.也可采用椭圆形或矩形等其他形状
4、，当采用矩形平面时，其平面尺寸应尽量接近于正方形，长宽比不宜大于1.5，不应大于2。若长宽比过大（超过1.5），可以增加横向加劲框架的数量，形成束筒结构。,2018年6月3日星期日,李广军,8,3.三角形平面宜切角，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，以避免角部应力过分集中；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。,4.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13m，不宜大于4m且不宜大于层高；,2018年6月3日星期日,李广军,9,5.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 1/121/15，也可
5、为外筒边长的1/21/3，为保证足够的使用空间，一般取1/3外筒边长； 内筒厚度常采用400500mm，贯通建筑物的全高，厚度由下到上均匀减小，保证竖向刚度宜均匀变化； 内筒与外筒或外框架的中距取712m为宜，可采用预应力混凝土楼（屋）盖，必要时可增设内柱。,2018年6月3日星期日,李广军,10,6.框筒结构的柱截面宜做成正方形、矩形或 T形。筒体的角部是联系两个方向的结构协同工作的重要部位，受力很大，通常要采取措施予以加强；内筒角部通常可以采用局部加厚等措施加强；外筒可以加大角柱截面尺寸，采用L形、槽形角墙等予以加强，从而提高承载力及稳定性。但角柱面积过大，会加大剪力滞后现象，使角柱产生过
6、大的轴力，故通常角柱面积宜取中柱面积的2倍左右。,2018年6月3日星期日,李广军,11,7.框筒梁的截面高度不小于600mm，可取柱净距的 1/4 左右，常取11.5m。,8.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(见84页图7.2)。转换结构的主要功能是将上部柱荷载传至下部大柱距的柱子上。,9.在框筒顶部设置12层高的刚性环梁，以提高整体框筒的空间整体性。,2018年6月3日星期日,李广军,12,二、竖向布置,1.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； 高宽比也不宜过大，非地震区不宜超过8，设防烈
7、度为6、7、8、9度时，高宽比限值分别为6、6、5、4。,2018年6月3日星期日,李广军,13,2.开孔率是框筒结构的重要参数之一，框筒的开孔率不宜大于40%，任何情况下开洞率不大于50%。 洞口的高宽比应尽量接近层高与柱距的比值，避免细高和扁宽的洞口。,使裙梁的高度减小,使柱的宽度减小,2018年6月3日星期日,李广军,14,一、框筒结构中的楼盖构件(包括楼板和梁)的高度不宜太大，可将楼盖做成平板或密肋楼盖，采用钢楼盖时可将楼板梁与柱的连接处理成铰接。二、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。,7.4 筒体结构的楼盖,2018年6月3日星期日
8、,李广军,15,四、采用普通梁板体系时，楼面梁的布置方式一般沿内、外筒单向布置。外端与框筒柱一一对应；内端支承在内筒墙上，框筒或筒中筒结构梁板体系楼盖典型的布置方式如图所示。,三、筒中筒结构的内外筒间距通常为1012m，宜采用预应力楼盖。,2018年6月3日星期日,李广军,16,五、筒体结构层数很多，降低层高具有重要意义。因此，除普通梁板体系外，常用的楼板体系还有扁梁梁板体系、密肋楼盖、平板体系等，均可降低梁板高度，从而使楼层高度也可以降低。,2018年6月3日星期日,李广军,17,7.5 框架-核心筒结构的布置（教材无）,一、框架-核心筒结构的受力特点 当实腹筒布置在框架内部时，形成框架-核
9、心筒结构，是目前高层建筑中广为应用的一种体系。它与筒中筒结构在平面形式上可能相似，但受力性能却有很大区别。 对由密柱深梁形成的框筒结构，由于空间作用，在水平荷载作用下其翼缘框架柱承受很大的轴力； 当柱距加大，裙梁的跨高比加大时，剪力滞后加重，柱轴力将随着框架柱距的加大而减小，翼缘框架柱仍然会产生一些轴力，存在一定的空间作用。,2018年6月3日星期日,李广军,18,当柱距增大到与普通框架相似时，除角柱外，其它柱的轴力将很小，通常就可忽略沿翼缘框架传递轴力的作用，而按平面结构进行分析。 框架-核心筒结构，因为有实腹筒存在，我国高层规程将其归入筒体结构，但就其受力性能来说，框架-核心筒结构更接近于
10、框架-剪力墙结构，与筒中筒结构有很大的区别。,7.5 框架-核心筒结构的布置（教材无）,2018年6月3日星期日,李广军,19,二、框架-核心筒结构的布置框架-核心筒结构可以做成钢筋混凝土结构、钢结构或混合结构。在钢筋混凝土框架-核心筒结构中，外框架由钢筋混凝土梁和柱组成，核心筒采用钢筋混凝土实腹筒；在钢结构中，外框架由钢梁、钢柱组成，内部采用有支撑的钢框架筒。,7.5 框架-核心筒结构的布置（教材无）,2018年6月3日星期日,李广军,20,由于框架-核心筒结构的柱数量少，内力大，通常柱的截面都很大，为减小柱截面，常采用钢骨混凝土、钢管混凝土等构件做成框架的柱和梁，与钢筋混凝土或钢骨混凝土实
11、腹筒结合，就形成了混合结构。,7.5 框架-核心筒结构的布置（教材无）,2018年6月3日星期日,李广军,21,框架-核心筒结构的布置除须符合高层建筑的一般布置原则外，还应遵循以下原则。 1、核心筒是框架-核心筒结构中的主要抗侧力部分，承载力和延性要求都应更高，抗震时要采取提高延性的各种构造措施。 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 1/12，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。,7.5 框架-核心筒结构的布置（教材无）,2018年6月3日星期日,李广军,22,2、核心筒应具有良好的整体性，墙肢宜均匀、对称布置；筒体角部附近不宜开洞
12、。 在核心筒延性要求较高的情况下，可采用钢骨混凝土核心筒，即在纵横墙相交的地方设置竖向钢骨，在楼板标高设置钢骨暗梁，钢骨形成的钢框架可以提高核心筒的承载力和抗震性能。,7.5 框架-核心筒结构的布置（教材无）,2018年6月3日星期日,李广军,23,3、框架-核心筒结构的周边柱间必须设置框架梁。框架可以布置成方形、长方形、圆形或其他多种形状，框架柱距大，布置灵活，有利于建筑立面多样化。 结构平面布置尽可能规则、对称，以减小扭转影响，质量分布宜均匀，内筒尽可能居中；核心筒与外柱之间距离一般以l012m为宜，如果距离很大，则需要另设内柱，或采用预应力混凝土楼盖，否则楼层梁太大，不利于减小层高。沿竖
13、向结构刚度应连续，避免刚度突变。,7.5 框架-核心筒结构的布置（教材无）,2018年6月3日星期日,李广军,24,4、框架-核心筒结构内力分配的特点是框架承受的剪力和倾覆力矩都较小。 抗震设计时，为实现双重抗侧力结构体系，对钢筋混凝土框架-核心筒结构，要求外框架构件的截面不宜过小，框架承担的剪力和弯矩需进行调整增大； 对钢-混凝土混合结构，要求外框架承受的层剪力应达到总层剪力的(2025)。由于外钢框架柱截面小，钢框架-钢筋混凝土核心筒结构要达到这个比例比较困难，因此，这种结构的总高度不宜太大。如果采用钢骨混凝土、钢管混凝土柱，则较容易达到双重抗侧力体系的要求。,7.5 框架-核心筒结构的布
14、置（教材无）,2018年6月3日星期日,李广军,25,5、框架-核心筒结构的楼盖，宜选用结构高度小、整体性强、结构自重轻及有利于施工的楼盖结构形式。 因此，宜选用现浇梁板式楼板，也可选用密肋式楼板、无粘结预应力混凝土平板，以及预制预应力薄板加现浇层的叠合楼板。当内筒与外框架的中距大于8m 时，应优先采用无粘结预应力混凝土楼盖。,7.5 框架-核心筒结构的布置（教材无）,2018年6月3日星期日,李广军,26,7.6 筒体结构的截面设计及构造要求（教材无）,筒体结构应采用现浇混凝土结构，混凝土强度等级不宜低于 C30；框架节点核心区的混凝土强度等级不宜低于柱的混凝土强度等级，且应进行核心区斜截面
15、承载力计算；节点核心区的混凝土强度等级特殊情况下不应低于柱混凝土强度等级的70%，但应进行核心区斜截面和正截面承载力验算。,2018年6月3日星期日,李广军,27,由于剪力滞后，框筒结构中各柱的竖向压缩量不同，角柱压缩变形最大，因而楼板四角下沉较多，出现翘曲现象。设计楼板时，外角板宜设置双层双向附加构造钢筋（如图），对防止楼板角部开裂具有明显效果。钢筋的直径不应小于 8mm，间距不应大于150mm，配筋范围不宜小于外框架（或外筒）至内筒外墙中距的1/3和3m。,7.6 筒体结构的截面设计及构造要求（教材无）,2018年6月3日星期日,李广军,28,2018年6月3日星期日,李广军,29,核心筒
16、由若干剪力墙和连梁组成，各剪力墙的截面形状应尽量简单。核心筒外墙的截面厚度不应小于层高的1/20及200mm，对一、二级抗震设计的底部加强部位不宜小于层高的1/16及200mm，不满足时，应进行墙体稳定计算，必要时可增设扶壁柱。在满足承载力要求以及轴压比限值时核心筒内墙可适当减薄，但不应小于160mm。,7.6 筒体结构的截面设计及构造要求（教材无）,2018年6月3日星期日,李广军,30,小 结 1、框筒、筒中筒和束筒结构都是常用的高层建筑结构的形式，除符合高层建筑结构的一般布置原则外，其结构布置应从平面形状、高宽比、框筒的开孔率、柱距、框筒柱和裙梁截面、内筒布置、楼盖形式等方面考虑，减小剪
17、力滞后，以便高效而充分发挥所有柱子的作用。,2018年6月3日星期日,李广军,31,2、框架-核心筒结构可以做成钢筋混凝土结构、钢结构或混合结构，可以在一般的高层建筑中应用，也可以在超高层建筑中应用； 3、框架-核心筒结构虽然与筒中筒结构在平面形式上可能相似，但受力性能却有很大区别，其结构布置对核心筒提出了更高的要求，对周边框架、框架与核心筒的内力分配以及楼盖等也提出了相应的要求。,2018年6月3日星期日,李广军,32,筒体结构 工程实例,2018年6月3日星期日,李广军,33,希尔顿饭店,2018年6月3日星期日,李广军,34,Tube,上海宾馆板式房屋框架-R.C.内筒结构大空间房间布置在裙房内,2018年6月3日星期日,李广军,35,Tube,南 京 金陵饭店上世纪八十年代南京最高楼内筒外框体系,2018年6月3日星期日,李广军,36,Tube,美国某框筒结构突出立柱,2018年6月3日星期日,李广军,37,Tube,纽约：原世界贸易中心,2018年6月3日星期日,李广军,38,西尔斯大厦（19701974，433，是当时世界最高的塔式摩天楼,
