建筑結(jié)構(gòu)選型07-筒體結(jié)構(gòu)

建筑(jiànzhù)結(jié)構(gòu)選型第7章筒體結(jié)構(gòu)(jiégòu)精品資料2/4/20231李廣軍7筒體結(jié)構(gòu)(jiégòu)概述隨著建筑層數(shù)、高度的增加和抗震設(shè)防要求的提高，以平面工作狀態(tài)的框架、剪力墻以及框架-剪力墻等組成高層建筑結(jié)構(gòu)體系往往不能滿足要求。這時(shí)，可以由剪力墻構(gòu)成空間薄壁實(shí)腹筒體，成為豎向懸臂箱形梁結(jié)構(gòu)；或者加密框架柱，輔以增強(qiáng)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(jiǎn)言之，簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)是由實(shí)腹剪力墻或空腹密柱深梁封閉起來的一個(gè)或幾個(gè)簡(jiǎn)體作為承受水平和豎向荷載(hèzài)的高層或超高層建筑結(jié)構(gòu)。精品資料2/4/20233李廣軍筒體結(jié)構(gòu)具有造型美觀、受力合理、使用靈活，以及整體性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，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(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)百米以上的高層(ɡāocénɡ)建筑有一半以上采用簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)的平面外形宜選用圓形、正多邊形、橢圓形或矩形，內(nèi)筒宜居中，以增強(qiáng)筒體結(jié)構(gòu)在側(cè)向力作用下的結(jié)構(gòu)性能。因?yàn)檠芯勘砻魍搀w結(jié)構(gòu)性能具有形狀效應(yīng)，例如，對(duì)于正多邊形來講，邊數(shù)越多，剪力滯后現(xiàn)象越不明顯，結(jié)構(gòu)的空間作用越大；反之，邊數(shù)越少，結(jié)構(gòu)的空間作用越差。精品資料2/4/20234李廣軍剪力滯后效應(yīng):框筒結(jié)構(gòu)中應(yīng)力不保持直線分布的現(xiàn)象。理想筒體在水平(shuǐpíng)力的作用下，腹板應(yīng)力直線分布，翼緣應(yīng)力相等。而實(shí)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(jié)構(gòu)(jiégòu)的布置筒體結(jié)構(gòu)具有很大的抗側(cè)移和抗扭剛度，又可增大內(nèi)部空間的使用靈活性，對(duì)于高層建筑，框筒、筒中筒、束筒都是首選的結(jié)構(gòu)體系?？蛲?、筒中筒、束筒結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)符合(fúhé)高層建筑的一般布置原則，同時(shí)要考慮如何合理布置，減小剪力滯后，以便高效而充分發(fā)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(guān)尺寸1.筒體結(jié)構(gòu)的性能以正多邊形為最佳(zuìjiā)，且邊數(shù)越多性能越好，剪力滯后現(xiàn)象越不明顯，結(jié)構(gòu)的空間作用越大；反之，邊數(shù)越少，結(jié)構(gòu)的空間作用越差。2.也可采用橢圓形或矩形等其他形狀，當(dāng)采用矩形平面時(shí)，其平面尺寸應(yīng)盡量接近于正方形，長(zhǎng)寬比不宜大于1.5，不應(yīng)大于2。若長(zhǎng)寬比過大（超過1.5），可以增加橫向加勁框架的數(shù)量，形成束筒結(jié)構(gòu)。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(zhǎng)度不宜(bùyí)小于相應(yīng)邊長(zhǎng)的1/8，其角部可設(shè)置剛度較大的角柱或角筒，以避免角部應(yīng)力過分集中；內(nèi)筒的切角長(zhǎng)度不宜(bùyí)小于相應(yīng)邊長(zhǎng)的1/10，切角處的筒壁宜適當(dāng)加厚。4.筒中筒結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的內(nèi)筒宜居中，面積不宜太小，其邊長(zhǎng)可為高度的1/12～1/15，也可為外筒邊長(zhǎng)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(zhǎng)；內(nèi)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(nèi)筒與外筒或外框架的中距取7～12m為宜，可采用預(yù)應(yīng)力混凝土樓（屋）蓋，必要時(shí)可增設(shè)內(nèi)柱。精品資料2/4/20239李廣軍6.框筒結(jié)構(gòu)的柱截面宜做成正方形、矩形或T形。筒體的角部是聯(lián)系兩個(gè)方向的結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的重要部位，受力很大，通常要采取措施予以加強(qiáng)；內(nèi)筒角部通?？梢圆捎镁植考雍竦却胧┘訌?qiáng)；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(qiáng)，從而(cóngér)提高承載力及穩(wěn)定性。但角柱面積過大，會(huì)加大剪力滯后現(xiàn)象，使角柱產(chǎn)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(jié)構(gòu)柱距較小，在底層往往因設(shè)置出入通道而要求加大柱距，必須布置轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)(見84頁圖7.2)。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)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(shè)置1～2層高的剛性環(huán)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(jié)構(gòu)(jiégòu)的高寬比不應(yīng)小于3，并宜大于4，其適用高度不宜低于60m，以充分發(fā)揮筒體結(jié)構(gòu)(jiégòu)的作用；高寬比也不宜過大，非地震區(qū)不宜超過8，設(shè)防烈度為6、7、8、9度時(shí)，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(jié)構(gòu)的重要參數(shù)(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(yīng)盡量接近層高與柱距的比值，避免細(xì)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(jié)構(gòu)中的樓蓋構(gòu)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(shí)可將樓板梁與柱的連接處理成鉸接。二、框筒或束筒結(jié)構(gòu)可設(shè)置內(nèi)柱，以減小樓蓋梁的跨度，內(nèi)柱只承受堅(jiān)向荷載而不參與抵抗水平荷載。7.4筒體結(jié)構(gòu)(jiégòu)的樓蓋精品資料2/4/202314李廣軍四、采用普通梁板體系時(shí)，樓面梁的布置(bùzhì)方式一般沿內(nèi)、外筒單向布置(bùzhì)。外端與框筒柱一一對(duì)應(yīng)；內(nèi)端支承在內(nèi)筒墻上，框筒或筒中筒結(jié)構(gòu)梁板體系樓蓋典型的布置(bùzhì)方式如圖所示。三、筒中筒結(jié)構(gòu)(jiégòu)的內(nèi)外筒間距通常為10～12m，宜采用預(yù)應(yīng)力樓蓋。精品資料2/4/202315李廣軍五、筒體結(jié)構(gòu)層數(shù)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(jié)構(gòu)的布置(bùzhì)（教材無）一、框架-核心(héxīn)筒結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)當(dāng)實(shí)腹筒布置在框架內(nèi)部時(shí)，形成框架-核心(héxīn)筒結(jié)構(gòu)，是目前高層建筑中廣為應(yīng)用的一種體系。它與筒中筒結(jié)構(gòu)在平面形式上可能相似，但受力性能卻有很大區(qū)別。對(duì)由密柱深梁形成的框筒結(jié)構(gòu)，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(dāng)柱距加大，裙梁的跨高比加大時(shí)，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(huì)產(chǎn)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(dāng)柱距增大到與普通框架相似(xiānɡsì)時(shí)，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(jié)構(gòu)進(jìn)行分析?？蚣?核心筒結(jié)構(gòu)，因?yàn)橛袑?shí)腹筒存在，我國(guó)《高層規(guī)程》將其歸入筒體結(jié)構(gòu)，但就其受力性能來說，框架-核心筒結(jié)構(gòu)更接近于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，與筒中筒結(jié)構(gòu)有很大的區(qū)別。7.5框架-核心(héxīn)筒結(jié)構(gòu)的布置（教材無）精品資料2/4/202318李廣軍二、框架-核心筒結(jié)構(gòu)的布置框架-核心筒結(jié)構(gòu)可以做成鋼筋(gāngjīn)混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)。在鋼筋(gāngjīn)混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)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(shí)腹筒；在鋼結(jié)構(gòu)中，外框架由鋼梁、鋼柱組成，內(nèi)部采用有支撐的鋼框架筒。7.5框架-核心筒結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的柱數(shù)量少，內(nèi)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(gòu)件(gòujiàn)做成框架的柱和梁，與鋼筋混凝土或鋼骨混凝土實(shí)腹筒結(jié)合，就形成了混合結(jié)構(gòu)。7.5框架-核心(héxīn)筒結(jié)構(gòu)的布置（教材無）精品資料2/4/202320李廣軍框架-核心筒結(jié)構(gòu)的布置除須符合高層建筑的一般布置原則外，還應(yīng)遵循以下原則。1、核心筒是框架-核心筒結(jié)構(gòu)中的主要抗側(cè)力部分，承載力和延性要求都應(yīng)更高，抗震時(shí)要采取提高延性的各種構(gòu)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(dāng)筒體結(jié)構(gòu)設(shè)置角筒、剪力墻或增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體剛度的構(gòu)件時(shí)，核心筒的寬度(kuāndù)可適當(dāng)減小。7.5框架-核心筒結(jié)構(gòu)(jiégòu)的布置（教材無）精品資料2/4/202321李廣軍2、核心筒應(yīng)具有(jùyǒu)良好的整體性，墻肢宜均勻、對(duì)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(shè)置豎向鋼骨，在樓板標(biāo)高設(shè)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(jié)構(gòu)的布置（教材無）精品資料2/4/202322李廣軍3、框架-核心筒結(jié)構(gòu)的周邊柱間必須設(shè)置框架梁?？蚣芸梢圆贾贸煞叫?、長(zhǎng)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(jié)構(gòu)平面布置盡可能規(guī)則、對(duì)稱，以減小扭轉(zhuǎn)影響，質(zhì)量分布宜均勻，內(nèi)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(shè)內(nèi)柱，或采用預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋，否則樓層梁太大，不利于減小層高。沿豎向結(jié)構(gòu)剛度應(yīng)連續(xù)，避免剛度突變。7.5框架-核心筒結(jié)構(gòu)的布置(bùzhì)（教材無）精品資料2/4/202323李廣軍4、框架-核心筒結(jié)構(gòu)內(nèi)力分配的特點(diǎn)是框架承受的剪力和傾覆力矩都較小?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，為實(shí)現(xiàn)雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，對(duì)鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)，要求外框架構(gòu)件的截面不宜過小，框架承擔(dān)的剪力和彎矩需進(jìn)行調(diào)整增大；對(duì)鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)，要求外框架承受的層剪力應(yīng)達(dá)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(jié)構(gòu)要達(dá)到(dádào)這個(gè)比例比較困難，因此，這種結(jié)構(gòu)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(dá)到(dádào)雙重抗側(cè)力體系的要求。7.5框架-核心筒結(jié)構(gòu)(jiégòu)的布置（教材無）精品資料2/4/202324李廣軍5、框架-核心筒結(jié)構(gòu)的樓蓋，宜選用結(jié)構(gòu)高度小、整體性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)自重輕及有利于施工的樓蓋結(jié)構(gòu)形式。因此，宜選用現(xiàn)澆梁板式(bǎnshì)樓板，也可選用密肋式樓板、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土平板，以及預(yù)制預(yù)應(yīng)力薄板加現(xiàn)澆層的疊合樓板。當(dāng)內(nèi)筒與外框架的中距大于8m時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋。7.5框架-核心筒結(jié)構(gòu)(jiégòu)的布置（教材無）精品資料2/4/202325李廣軍7.6筒體結(jié)構(gòu)的截面設(shè)計(jì)及構(gòu)造要求(yāoqiú)（教材無）筒體結(jié)構(gòu)應(yīng)采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C30；框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)，且應(yīng)進(jìn)行(jìnxíng)核心區(qū)斜截面承載力計(jì)算；節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)特殊情況下不應(yīng)低于柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)的70%，但應(yīng)進(jìn)行(jìnxíng)核心區(qū)斜截面和正截面承載力驗(yàn)算。精品資料2/4/202326李廣軍由于剪力滯后，框筒結(jié)構(gòu)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(xiàn)翹曲現(xiàn)象。設(shè)計(jì)樓板(lóubǎn)時(shí)，外角板宜設(shè)置雙層雙向附加構(gòu)造鋼筋（如圖），對(duì)防止樓板(lóubǎn)角部開裂具有明顯效果。鋼筋的直徑不應(yīng)小于8mm，間距不應(yīng)大于150mm，配筋范圍不宜小于外框架（或外筒）至內(nèi)筒外墻中距的1/3和3m。7.6筒體結(jié)構(gòu)的截面設(shè)計(jì)及構(gòu)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(yīng)盡量簡(jiǎn)單。核心筒外墻的截面厚度不應(yīng)小于層高的1/20及200mm，對(duì)一、二級(jí)抗震設(shè)計(jì)的底部加強(qiáng)部位不宜小于層高的1/16及200mm，不滿足時(shí)，應(yīng)進(jìn)行墻體穩(wěn)定計(jì)算，必要(bìyào)時(shí)可增設(shè)扶壁柱。在滿足承載力要求以及軸壓比限值時(shí)核心筒內(nèi)墻可適當(dāng)減薄，但不應(yīng)小于160mm。7.6筒體結(jié)構(gòu)的截面設(shè)計(jì)及構(gòu)造要求(yāoqiú)（教材無）精品資料2/4/202329李廣軍小結(jié)1、框筒、筒中筒和束筒結(jié)構(gòu)都是常用(chánɡyònɡ)的高層建筑結(jié)構(gòu)的形式，除符合高層建筑結(jié)構(gòu)的一般布置原則外，其結(jié)構(gòu)布置應(yīng)從平面形狀、高寬比、框筒的開孔率、柱距、框筒柱和裙