第四章-筒体结构设计

高层建筑结构设计筒体结构1第四章筒体结构高层建筑结构设计筒体结构高层建筑结构设计筒体结构H内力或位移)(HfWHN)(2122HfqHM)(844HfEIqHqM高层建筑结构设计筒体结构应县木塔建于1056年比萨斜塔建于1173－1370年早期建筑的特点：高度低，跨度小，承载能力低，材料为砖石和木材。早期筒体结构建筑高层建筑结构设计筒体结构吉隆坡双塔大厦高度：452米材料：钢筋混凝土现代筒体结构建筑高层建筑结构设计筒体结构§1筒体结构的布置一、核心筒结构•只有中部核心筒部分将承受的竖向及水平荷载传至基础，四周均为悬挑构件。•核心筒结构具有较大的抗侧刚度，且受力明确，分析方便。•核心筒是一个典型的竖向悬臂构件，为静定结构，没有多余约束，缺乏第二道防线。高层建筑结构设计筒体结构–为了扩大建筑面积：•悬挑梁（桁架）－柱子支承在桁架上•悬挂结构•巨型桁架钢索高层建筑结构设计筒体结构–同济大学图书馆高层建筑结构设计筒体结构–同济大学图书馆高层建筑结构设计筒体结构–同济大学图书馆预应力桁架内筒预应力桁架高层建筑结构设计筒体结构–同济大学图书馆高层建筑结构设计筒体结构长沙黄兴路综合大楼高层建筑结构设计筒体结构为避免核心筒结构具有较大的地震反应，因此，结构布置时应该在筒壁四周适当地布置一些结构洞，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”型的破坏形态。高层建筑结构设计筒体结构二、框筒结构水平荷载由框筒结构承担，房屋中间的柱子仅承受竖向荷载密柱深梁高层建筑结构设计筒体结构框筒结构满足对空间布置的要求抗侧力只考虑外框筒结构承担孔洞面积不宜大于立面总面积50％柱轴线间距不宜大于4.5m，周边柱轴线间距2-3m窗裙横梁高：0.6－1.2m整个结构高宽比宜大于3，结构平面的长宽比不宜大于2角柱的作用：抗扭抗侧－增加刚度高层建筑结构设计筒体结构–水平力全部由框筒结构承担–中间部分的柱子主要承受轴向力•－减小楼盖的计算跨度–角柱的作用：•－抗扭、抗侧－增加刚度高层建筑结构设计筒体结构框筒结构外筒框距较密，常常不能满足建筑使用要求。为扩大底层柱距，减少底层柱子数，常用巨大的拱、梁或桁架等支撑上部的柱子。高层建筑结构设计筒体结构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，角柱内产生较大的应力，因此应使角柱具有较大的截面面积和刚度，有时要在角柱位置上布置实腹筒（或称为角筒）。高层建筑结构设计筒体结构高层建筑结构设计筒体结构三、筒中筒结构核心筒和框筒组成；外筒：密肋框架柱，形成筒体；适用于商务办公楼，有较大的环形空间；电梯间、楼梯间等服务设施布置在核心筒内；内筒与外筒之间的距离不大于12m；内外筒比例合理，竖向布置均匀；结构上双向刚度较大。高层建筑结构设计筒体结构•如内筒过大，内外筒之间的使用面积减小，影响建筑的使用效益；•内筒过小，则结构的抗侧刚度变小，影响到结构受力的合理性；•一般为内筒边长是外筒边长的1/3左右；•内筒宜贯通建筑物全高，竖向刚度宜均匀分布。高层建筑结构设计筒体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高层建筑结构设计筒体结构广东国际大厦，63层，200m，钢筋混凝土内筒体，外筒由钢骨混凝土和钢柱组成高层建筑结构设计筒体结构四、框架-核心筒结构•建筑空间较大，常用于办公楼；•建筑和造型要求，柱间距较大，外框架形不成筒的作用；•受力性能同框架-剪力墙结构，但柱子比框架-剪力墙结构的少而断面大；•要保证内筒的抗侧刚度和结构的抗震性能。高层建筑结构设计筒体结构五、成束筒结构•当建筑高度或平面尺寸进一步加大，以至于框筒或筒中筒结构无法满足抗侧刚度要求时，可采用成束筒结构。高层建筑结构设计筒体结构西尔斯大厦——1974年建成，443m，110层（美国芝加哥）高层建筑结构设计筒体结构芝加哥西尔斯大厦侧向力作用下柱的轴力分布结构平面与立面加强桁架高层建筑结构设计筒体结构六、多重筒结构•当建筑平面尺寸很大或当内筒较小时，内外筒之间的距离较大，使楼板加厚或楼面大梁加高，可在中间加设一圈柱子或剪力墙。形成多重筒结构。高层建筑结构设计筒体结构七.其他角部形成筒结构：增加结构角部抗侧力结构刚度增加结构整体抗侧力结构刚度例：日本新都厅高层建筑结构设计筒体结构高层建筑结构设计筒体结构总体结构可由竖向和水平分体系的多种组合方法组成高层建筑结构设计筒体结构筒可由多种截面形状组成高层建筑结构设计筒体结构基本分体系的组合可形成多种竖向结构体系剪力墙开洞面积50%剪力墙和洞柱和抗剪核心筒柱框架开孔墙或框筒填充框架跳层桁架+柱框架有支撑的核心筒井筒巨型框架筒中筒较高有支撑的框架多层支撑核心筒框架大型柱巨型框架成束框筒较高建筑物的高度和重量较小高层建筑结构设计筒体结构高层建筑结构设计筒体结构高层建筑结构设计筒体结构材料力学中的应力分布矩形、工字形受弯构件截面的正应力分布；线性分布距离中和轴相同距离的截面纤维应力相等。y§2筒体结构在侧向力作用下的受力特点高层建筑结构设计筒体结构剪力：主要由腹板框架承担，弯矩：主要由翼缘框架承担实际应力分布翼缘框架腹板框架腹板框架翼缘框架荷载作用方向材料力学解答实际应力分布材料力学解答角柱处应力较大中部应力较小高层建筑结构设计筒体结构•在框筒结构的底部，正应力在角柱增大，在中部逐渐减小，这种现象称为剪力滞后效应。这是由于腹板和翼缘框架中梁的剪切变形和梁、柱的弯曲变形所造成的。•在框筒结构的顶部，角柱内的正应力反而小于翼缘框架中柱内的正应力，这种现象称为负剪力滞后效应。高层建筑结构设计筒体结构•减少剪力滞后的影响的方法：-可减小柱间距；-调整结构平面使之接近于正方形；-加大窗裙梁的刚度；-控制结构的高宽比；-设置斜向支撑；-设置加劲层——使框筒结构翼缘框架各柱的拉力和压力趋于均匀，减小结构剪力滞后效应。高层建筑结构设计筒体结构平面不同长宽比时翼缘的轴力分布高层建筑结构设计筒体结构翼缘宽度取值：剪力墙间距门窗洞间翼墙的宽度剪力墙厚度＋两侧各6倍翼墙厚度剪力墙墙肢总高度的10%混凝土结构设计规范P14210.5.3hMin(b+12h,s1/2+s2/2)s1s2四者的最小值剪力墙结构翼缘宽度取值回顾高层建筑结构设计筒体结构框筒腹板框架全宽Ｂ的１/２框筒翼缘框架全宽Ｌ的１/３框筒总高度Ｈ的10%三者的最小值矩形框筒结构等效槽形截面翼缘宽度取值高层建筑结构设计筒体结构剪力主要由腹板框架承担；腹板框架中部柱承担的剪力较大。高层建筑结构设计筒体结构倾覆力矩作用下框筒的受力状态高层建筑结构设计筒体结构2.筒中筒结构正应力：外筒承担得多－力臂大翼缘承担大部分弯矩－轴力角柱发挥十分重要的作用剪力：内外筒根据刚度分配在结构的底部，内筒承担了大部分剪力角柱发挥十分重要的作用高层建筑结构设计筒体结构斜撑框筒高层建筑结构设计筒体结构广东国际大厦竖向刚度加劲层高层建筑结构设计筒体结构•筒体结构的内力分配：结构外框筒内墙筒内力由柱或墙肢轴力形成的整体弯距由柱或墙肢弯矩所承担的局部弯距水平剪力深圳国际贸易中心大厦底层结构内力分配50.4%40.3%2.7%6.6%27%73%筒中筒结构中的实腹墙筒体具有很高的抗剪承载力；框筒结构中由于翼缘框架参加整体抗弯，因此框筒结构具有很大的抗弯承载力；高层建筑结构设计筒体结构§3筒体结构的计算方法1、空间杆系-薄壁柱矩阵位移法2、平面展开矩阵位移法3、等效弹性连续体能量法4、有限条分析法高层建筑结构设计筒体结构§4筒体结构的截面设计与构造要求1、混凝土筒体结构应采用现浇混凝土结构，混凝土强度等级不低于C30。2、外框筒可参照一般框架梁3、窗裙梁•当窗裙梁的跨高比大于1时，可采用普通配筋；•当窗裙梁的跨高比小于1时，可配置交叉斜筋，每肢交叉斜筋的总面积按下时计算：非抗震设计时：sin2ybsfVA抗震设计时：sin2yREbsfVAbV窗裙梁的剪力设计值高层建筑结构设计筒体结构高层建筑结构设计筒体结构4、核心筒（1）墙肢（2）连梁高层建筑结构设计筒体结构习题１、什么是剪力滞后效应？为什么会出现这种现象？对筒体结构的受力有什么影响？２、框筒结构中窗裙梁的设计与普通框架梁的设计相比有何特点？