建筑(jiànzhù)結構選型第7章筒體結構(jiégòu)精品資料2/4/20231李廣軍7筒體結構(jiégòu)概述隨著建筑層數、高度的增加和抗震設防要求的提高，以平面工作狀態的框架、剪力墻以及框架-剪力墻等組成高層建筑結構體系往往不能滿足要求。這時，可以由剪力墻構成空間薄壁實腹筒體，成為豎向懸臂箱形梁結構；或者加密框架柱，輔以增強梁的剛度，也可以形成空間整體(zhěngtǐ)受力的空腹框筒。精品資料2/4/20232李廣軍簡言之，簡體結構是由實腹剪力墻或空腹密柱深梁封閉起來的一個或幾個簡體作為承受水平和豎向荷載(hèzài)的高層或超高層建筑結構。精品資料2/4/20233李廣軍筒體結構具有造型美觀、受力合理、使用靈活，以及整體性強等優點，適用于高層(ɡāocénɡ)和超高層(ɡāocénɡ)建筑。目前全世界最高的100幢高層(ɡāocénɡ)建筑約三分之二以上采用筒體結構，國內百米以上的高層(ɡāocénɡ)建筑有一半以上采用簡體結構。簡體結構的平面外形宜選用圓形、正多邊形、橢圓形或矩形，內筒宜居中，以增強筒體結構在側向力作用下的結構性能。因為研究表明筒體結構性能具有形狀效應，例如，對于正多邊形來講，邊數越多，剪力滯后現象越不明顯，結構的空間作用越大；反之，邊數越少，結構的空間作用越差。精品資料2/4/20234李廣軍剪力滯后效應:框筒結構中應力不保持直線分布的現象。理想筒體在水平(shuǐpíng)力的作用下，腹板應力直線分布，翼緣應力相等。而實際框筒的腹板框架軸力呈曲線分布，翼緣框架軸力也不相等。剪力滯后影響因素：平面形狀、建筑高寬比、梁柱剛度比精品資料2/4/20235李廣軍7.3筒體結構(jiégòu)的布置筒體結構具有很大的抗側移和抗扭剛度，又可增大內部空間的使用靈活性，對于高層建筑，框筒、筒中筒、束筒都是首選的結構體系?？蛲?、筒中筒、束筒結構的布置應符合(fúhé)高層建筑的一般布置原則，同時要考慮如何合理布置，減小剪力滯后，以便高效而充分發揮所有柱子的作用。精品資料2/4/20236李廣軍一、平面布置及有關尺寸1.筒體結構的性能以正多邊形為最佳(zuìjiā)，且邊數越多性能越好，剪力滯后現象越不明顯，結構的空間作用越大；反之，邊數越少，結構的空間作用越差。2.也可采用橢圓形或矩形等其他形狀，當采用矩形平面時，其平面尺寸應盡量接近于正方形，長寬比不宜大于1.5，不應大于2。若長寬比過大（超過1.5），可以增加橫向加勁框架的數量，形成束筒結構。精品資料2/4/20237李廣軍3.三角形平面宜切角，外筒的切角長度不宜(bùyí)小于相應邊長的1/8，其角部可設置剛度較大的角柱或角筒，以避免角部應力過分集中；內筒的切角長度不宜(bùyí)小于相應邊長的1/10，切角處的筒壁宜適當加厚。4.筒中筒結構中的外框筒宜做成密柱深梁，一般(yībān)情況下，柱距為1～3m，不宜大于4m且不宜大于層高；精品資料2/4/20238李廣軍5.筒中筒結構的內筒宜居中，面積不宜太小，其邊長可為高度的1/12～1/15，也可為外筒邊長的1/2～1/3，為保證足夠的使用(shǐyòng)空間，一般取1/3外筒邊長；內筒厚度常采用400～500mm，貫通建筑物的全高，厚度由下到上均勻減小，保證豎向剛度宜均勻變化；內筒與外筒或外框架的中距取7～12m為宜，可采用預應力混凝土樓（屋）蓋，必要時可增設內柱。精品資料2/4/20239李廣軍6.框筒結構的柱截面宜做成正方形、矩形或T形。筒體的角部是聯系兩個方向的結構協同工作的重要部位，受力很大，通常要采取措施予以加強；內筒角部通常可以采用局部加厚等措施加強；外筒可以加大角柱截面尺寸，采用L形、槽形角墻等予以加強，從而(cóngér)提高承載力及穩定性。但角柱面積過大，會加大剪力滯后現象，使角柱產生過大的軸力，故通常角柱面積宜取中柱面積的2倍左右。精品資料2/4/202310李廣軍7.框筒梁的截面(jiémiàn)高度不小于600mm，可取柱凈距的1/4左右，常取1～1.5m。8.由于框筒結構柱距較小，在底層往往因設置出入通道而要求加大柱距，必須布置轉換結構(見84頁圖7.2)。轉換結構的主要功能是將上部柱荷載(hèzài)傳至下部大柱距的柱子上。9.在框筒頂部設置1～2層高的剛性環梁，以提高整體框筒的空間整體性。精品資料2/4/202311李廣軍二、豎向布置(bùzhì)1.筒體結構(jiégòu)的高寬比不應小于3，并宜大于4，其適用高度不宜低于60m，以充分發揮筒體結構(jiégòu)的作用；高寬比也不宜過大，非地震區不宜超過8，設防烈度為6、7、8、9度時，高寬比限值分別為6、6、5、4。精品資料2/4/202312李廣軍2.開孔率是框筒結構的重要參數(cānshù)之一，框筒的開孔率不宜大于40%，任何情況下開洞率不大于50%。洞口的高寬比應盡量接近層高與柱距的比值，避免細高和扁寬的洞口。使裙梁的高度(gāodù)減小使柱的寬度減小精品資料2/4/202313李廣軍一、框筒結構中的樓蓋構件(包括樓板和梁)的高度(gāodù)不宜太大，可將樓蓋做成平板或密肋樓蓋，采用鋼樓蓋時可將樓板梁與柱的連接處理成鉸接。二、框筒或束筒結構可設置內柱，以減小樓蓋梁的跨度，內柱只承受堅向荷載而不參與抵抗水平荷載。7.4筒體結構(jiégòu)的樓蓋精品資料2/4/202314李廣軍四、采用普通梁板體系時，樓面梁的布置(bùzhì)方式一般沿內、外筒單向布置(bùzhì)。外端與框筒柱一一對應；內端支承在內筒墻上，框筒或筒中筒結構梁板體系樓蓋典型的布置(bùzhì)方式如圖所示。三、筒中筒結構(jiégòu)的內外筒間距通常為10～12m，宜采用預應力樓蓋。精品資料2/4/202315李廣軍五、筒體結構層數很多，降低(jiàngdī)層高具有重要意義。因此，除普通梁板體系外，常用的樓板體系還有扁梁梁板體系、密肋樓蓋、平板體系等，均可降低(jiàngdī)梁板高度，從而使樓層高度也可以降低(jiàngdī)。精品資料2/4/202316李廣軍7.5框架-核心筒結構的布置(bùzhì)（教材無）一、框架-核心(héxīn)筒結構的受力特點當實腹筒布置在框架內部時，形成框架-核心(héxīn)筒結構，是目前高層建筑中廣為應用的一種體系。它與筒中筒結構在平面形式上可能相似，但受力性能卻有很大區別。對由密柱深梁形成的框筒結構，由于空間作用，在水平荷載作用下其翼緣框架柱承受很大的軸力；當柱距加大，裙梁的跨高比加大時，剪力滯后加重，柱軸力將隨著框架柱距的加大而減小，翼緣框架柱仍然會產生一些軸力，存在一定的空間作用。精品資料2/4/202317李廣軍當柱距增大到與普通框架相似(xiānɡsì)時，除角柱外，其它柱的軸力將很小，通常就可忽略沿翼緣框架傳遞軸力的作用，而按平面結構進行分析?？蚣?核心筒結構，因為有實腹筒存在，我國《高層規程》將其歸入筒體結構，但就其受力性能來說，框架-核心筒結構更接近于框架-剪力墻結構，與筒中筒結構有很大的區別。7.5框架-核心(héxīn)筒結構的布置（教材無）精品資料2/4/202318李廣軍二、框架-核心筒結構的布置框架-核心筒結構可以做成鋼筋(gāngjīn)混凝土結構、鋼結構或混合結構。在鋼筋(gāngjīn)混凝土框架-核心筒結構中，外框架由鋼筋(gāngjīn)混凝土梁和柱組成，核心筒采用鋼筋(gāngjīn)混凝土實腹筒；在鋼結構中，外框架由鋼梁、鋼柱組成，內部采用有支撐的鋼框架筒。7.5框架-核心筒結構的布置(bùzhì)（教材無）精品資料2/4/202319李廣軍由于框架-核心筒結構的柱數量少，內力大，通常柱的截面都很大，為減小柱截面，常采用鋼骨混凝土、鋼管混凝土等構件(gòujiàn)做成框架的柱和梁，與鋼筋混凝土或鋼骨混凝土實腹筒結合，就形成了混合結構。7.5框架-核心(héxīn)筒結構的布置（教材無）精品資料2/4/202320李廣軍框架-核心筒結構的布置除須符合高層建筑的一般布置原則外，還應遵循以下原則。1、核心筒是框架-核心筒結構中的主要抗側力部分，承載力和延性要求都應更高，抗震時要采取提高延性的各種構造措施。核心筒宜貫通建筑物全高。核心筒的寬度(kuāndù)不宜小于筒體總高的1/12，當筒體結構設置角筒、剪力墻或增強結構整體剛度的構件時，核心筒的寬度(kuāndù)可適當減小。7.5框架-核心筒結構(jiégòu)的布置（教材無）精品資料2/4/202321李廣軍2、核心筒應具有(jùyǒu)良好的整體性，墻肢宜均勻、對稱布置；筒體角部附近不宜開洞。在核心筒延性要求較高的情況下，可采用鋼骨混凝土核心筒，即在縱橫墻相交的地方設置豎向鋼骨，在樓板標高設置鋼骨暗梁，鋼骨形成的鋼框架可以提高核心筒的承載力和抗震性能。7.5框架-核心(héxīn)筒結構的布置（教材無）精品資料2/4/202322李廣軍3、框架-核心筒結構的周邊柱間必須設置框架梁。框架可以布置成方形、長方形、圓形或其他多種形狀，框架柱距大，布置靈活，有利于建筑立面多樣化。結構平面布置盡可能規則、對稱，以減小扭轉影響，質量分布宜均勻，內筒盡可能居中(jūzhōng)；核心筒與外柱之間距離一般以l0～12m為宜，如果距離很大，則需要另設內柱，或采用預應力混凝土樓蓋，否則樓層梁太大，不利于減小層高。沿豎向結構剛度應連續，避免剛度突變。7.5框架-核心筒結構的布置(bùzhì)（教材無）精品資料2/4/202323李廣軍4、框架-核心筒結構內力分配的特點是框架承受的剪力和傾覆力矩都較小。抗震設計時，為實現雙重抗側力結構體系，對鋼筋混凝土框架-核心筒結構，要求外框架構件的截面不宜過小，框架承擔的剪力和彎矩需進行調整增大；對鋼-混凝土混合結構，要求外框架承受的層剪力應達到(dádào)總層剪力的(20～25％)。由于外鋼框架柱截面小，鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結構要達到(dádào)這個比例比較困難，因此，這種結構的總高度不宜太大。如果采用鋼骨混凝土、鋼管混凝土柱，則較容易達到(dádào)雙重抗側力體系的要求。7.5框架-核心筒結構(jiégòu)的布置（教材無）精品資料2/4/202324李廣軍5、框架-核心筒結構的樓蓋，宜選用結構高度小、整體性強、結構自重輕及有利于施工的樓蓋結構形式。因此，宜選用現澆梁板式(bǎnshì)樓板，也可選用密肋式樓板、無粘結預應力混凝土平板，以及預制預應力薄板加現澆層的疊合樓板。當內筒與外框架的中距大于8m時，應優先采用無粘結預應力混凝土樓蓋。7.5框架-核心筒結構(jiégòu)的布置（教材無）精品資料2/4/202325李廣軍7.6筒體結構的截面設計及構造要求(yāoqiú)（教材無）筒體結構應采用現澆混凝土結構，混凝土強度等級不宜低于C30；框架節點核心區的混凝土強度等級不宜低于柱的混凝土強度等級，且應進行(jìnxíng)核心區斜截面承載力計算；節點核心區的混凝土強度等級特殊情況下不應低于柱混凝土強度等級的70%，但應進行(jìnxíng)核心區斜截面和正截面承載力驗算。精品資料2/4/202326李廣軍由于剪力滯后，框筒結構中各柱的豎向壓縮量不同，角柱壓縮變形最大，因而樓板(lóubǎn)四角下沉較多，出現翹曲現象。設計樓板(lóubǎn)時，外角板宜設置雙層雙向附加構造鋼筋（如圖），對防止樓板(lóubǎn)角部開裂具有明顯效果。鋼筋的直徑不應小于8mm，間距不應大于150mm，配筋范圍不宜小于外框架（或外筒）至內筒外墻中距的1/3和3m。7.6筒體結構的截面設計及構造(gòuzào)要求（教材無）精品資料2/4/202327李廣軍精品資料2/4/202328李廣軍核心筒由若干剪力墻和連梁組成，各剪力墻的截面形狀應盡量簡單。核心筒外墻的截面厚度不應小于層高的1/20及200mm，對一、二級抗震設計的底部加強部位不宜小于層高的1/16及200mm，不滿足時，應進行墻體穩定計算，必要(bìyào)時可增設扶壁柱。在滿足承載力要求以及軸壓比限值時核心筒內墻可適當減薄，但不應小于160mm。7.6筒體結構的截面設計及構造要求(yāoqiú)（教材無）精品資料2/4/202329李廣軍小結1、框筒、筒中筒和束筒結構都是常用(chánɡyònɡ)的高層建筑結構的形式，除符合高層建筑結構的一般布置原則外，其結構布置應從平面形狀、高寬比、框筒的開孔率、柱距、框筒柱和裙