第7章 筒体结构设计

1、1筒体结构的筒体分为：筒体结构的筒体分为： 剪力墙围成的剪力墙围成的薄壁筒薄壁筒和由密柱框架或壁式框架围成的和由密柱框架或壁式框架围成的框筒框筒等。等。 筒体结构：筒体结构： 由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用的高层建由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用的高层建筑结构。筑结构。第七章 筒体结构设计2第一节第一节 筒体结构的布置筒体结构的布置1 1、核心筒结构、核心筒结构 核心筒可以作为单独的承重结构，承受竖向和水平荷载。核心筒可以作为单独的承重结构，承受竖向和水平荷载。一般建筑物一般建筑物四周的柱子不落地四周的柱子不落地，由核心筒将上部荷载传至基础。，由核心筒将上部荷载传至基础。 核心筒

2、具有较大的抗侧刚度，受力明确，分析方便。但是核心筒具有较大的抗侧刚度，受力明确，分析方便。但是在地震区，易出现脆性破坏在地震区，易出现脆性破坏。第一节第一节 筒体结构的布置筒体结构的布置2 2、框筒结构、框筒结构与框架类似，但梁高度大（即窗裙与框架类似，但梁高度大（即窗裙梁），柱间距小，形成密柱深梁组成梁），柱间距小，形成密柱深梁组成的空腹筒结构。的空腹筒结构。一般要求孔洞面积不宜大于立面总一般要求孔洞面积不宜大于立面总面积的面积的60%60%，周边柱轴线间距在，周边柱轴线间距在2-3m2-3m，不宜大于不宜大于4m4m。窗裙梁高度为。窗裙梁高度为0.6-1.2m0.6-1.2m，宽度为宽度为

3、0.3-0.5m0.3-0.5m。整个结构的高宽比。整个结构的高宽比小于小于3 3，结构平面长宽比小于，结构平面长宽比小于2 2。 角柱对于框筒体结构的抗侧刚度角柱对于框筒体结构的抗侧刚度和抗扭有很大的作用和抗扭有很大的作用。在水平力作用。在水平力作用下，角柱会产生很大的应力，所以下，角柱会产生很大的应力，所以角角柱应具有较大的刚度和截面面积柱应具有较大的刚度和截面面积。3 3、筒中筒结构、筒中筒结构 筒中筒结构是由筒中筒结构是由两个筒体两个筒体作为作为竖向承重和抗侧力结构的高层结竖向承重和抗侧力结构的高层结构体系，是框筒结构和核心筒的构体系，是框筒结构和核心筒的结合结合内筒与外筒之间的距离不

4、宜大于内筒与外筒之间的距离不宜大于12m12m。 内筒边长一般为外筒边长内筒边长一般为外筒边长的的1/31/3，为房屋高度的，为房屋高度的1/12-1/151/12-1/15。内筒贯通建筑物全高。内筒贯通建筑物全高。4 4、框架、框架- -筒体结构筒体结构 框架筒体结构与框架框架筒体结构与框架剪力墙结构并无本质上的区剪力墙结构并无本质上的区别别框架筒体结构实际上就框架筒体结构实际上就是在框架内的一定位置上，是在框架内的一定位置上，设置剪力墙内筒，外周为一设置剪力墙内筒，外周为一般框架，其平面形状较为自般框架，其平面形状较为自由、灵活多样；但是，为了由、灵活多样；但是，为了尽可能较少在水平力作用

5、下尽可能较少在水平力作用下的扭转，还是应尽可能采用的扭转，还是应尽可能采用具有对称轴的简单、规则平具有对称轴的简单、规则平面。面。75 5、多筒结构和成束筒结构、多筒结构和成束筒结构 由由多个筒体并联而成多个筒体并联而成，具有很大的刚度，可建造很多层数和，具有很大的刚度，可建造很多层数和很大高度的建筑物即成束筒结构（组合筒或模数筒）。很大高度的建筑物即成束筒结构（组合筒或模数筒）。 在建筑平面内设置多个多个钢筋混凝土剪力墙筒体，适应于在建筑平面内设置多个多个钢筋混凝土剪力墙筒体，适应于复杂平面的布置要求，即为多筒结构，例如有三重筒体甚至四复杂平面的布置要求，即为多筒结构，例如有三重筒体甚至四重

6、筒体。重筒体。第二节第二节 筒体结构的受力性能筒体结构的受力性能+ 图1(a)实腹筒 图1(b)框筒轴力分布 实腹筒体实腹筒体箱形梁箱形梁对于宽度较大的箱形梁，正应力两边大、中间小的不均匀现象对于宽度较大的箱形梁，正应力两边大、中间小的不均匀现象剪力滞后剪力滞后 。 剪力滞后与梁宽、荷载、弹性模量及侧板和翼缘的相对刚度等因剪力滞后与梁宽、荷载、弹性模量及侧板和翼缘的相对刚度等因素有关。素有关。由于由于剪力滞后效应剪力滞后效应的影响，的影响，角柱轴力很大角柱轴力很大，而，而中间柱应力减小中间柱应力减小，不能充分发不能充分发挥材料性能挥材料性能。筒中筒结构中，侧向力有内外筒共同承担，由于外筒距形心

7、远，故外筒柱轴筒中筒结构中，侧向力有内外筒共同承担，由于外筒距形心远，故外筒柱轴力很大，会形成很大的抗倾覆弯矩。外力在内外筒之间的分配有抗侧刚度有关。力很大，会形成很大的抗倾覆弯矩。外力在内外筒之间的分配有抗侧刚度有关。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深圳国贸中心一层弯矩分配比例深圳国贸中心一层弯矩分配比例 由柱及墙肢轴力形成的整由柱及墙肢轴力形成的整体弯矩体弯矩由柱及墙肢的弯曲所承担由柱及墙肢的弯曲所承担的弯矩的弯矩外框筒外框筒内筒内筒外框筒外框筒内筒内筒50.4%40.3%2.7%6.6%深圳国贸中心一层剪力分配比例深圳国贸中心一层剪力分配

8、比例 外框筒外框筒内筒内筒27%73%成束筒成束筒由若干个筒体并联在一起，共同承受水平力，也可看成框筒中间加了一些框架隔板，截面应力分布大体上与整截面筒体相似，但成多波形的剪力滞后，比同样平面的单个框筒受力要均匀一些。第二节第二节 筒中筒结构的布置筒中筒结构的布置 平面形状平面形状 高宽比高宽比 框筒的开孔大小框筒的开孔大小 洞口的形状洞口的形状 柱距柱距 柱的截面柱的截面 裙梁的截面裙梁的截面形状形状圆形圆形正六边形正六边形正方形正方形正三角形正三角形1：2矩形矩形当水平当水平荷载相荷载相同时同时位移位移0.90.96111.72柱子最不柱子最不利轴力利轴力0.670.9611.541.47

9、当基本当基本风压相风压相同时同时位移位移0.480.8311.632.46柱子最不柱子最不利轴力利轴力0.350.8312.532.69规则平面形状框筒工作性能规则平面形状框筒工作性能一、平面形状一、平面形状u筒中筒结构的平面形状以圆形和正多边形最为有利平面面积相同，筒壁混凝土消耗量也相同，以正方形为标准平面面积相同，筒壁混凝土消耗量也相同，以正方形为标准18规则平面形状框筒工作性能规则平面形状框筒工作性能u矩形平面的筒体结构平面尺寸应尽量接近于正方形；u尽量使平面长宽比接近于1.0，不宜大于1.5.当长宽比接近于2时，剪力滞后非常显著，翼缘框架的中间部分柱子已不能充分发挥作用，框筒的工作状态

10、已和框剪结构相似，空间整体作用已经很微弱了。平面面积相同，筒壁混凝土消耗量也相同，以正方形为标准平面面积相同，筒壁混凝土消耗量也相同，以正方形为标准不同平面时翼缘应力分布不同平面时翼缘应力分布形状形状圆形圆形正六边形正六边形正方形正方形正三角形正三角形1：2矩形矩形当水平当水平荷载相荷载相同时同时位移位移0.90.96111.72柱子最不柱子最不利轴力利轴力0.670.9611.541.47当基本当基本风压相风压相同时同时位移位移0.480.8311.632.46柱子最不柱子最不利轴力利轴力0.350.8312.532.6919中中柱柱轴轴力力翼翼缘缘框框架架角角柱柱轴轴力力 L/B与轴力比的

11、关系与轴力比的关系表明翼缘框架角柱与中柱轴力相差越大，表明翼缘框架角柱与中柱轴力相差越大，剪力滞后现象越显著，整体空间作用越剪力滞后现象越显著，整体空间作用越弱。弱。不同平面时翼缘应力分布不同平面时翼缘应力分布相同顶点位移条件下，相同顶点位移条件下，L/B与材料用量的关系与材料用量的关系不同平面时翼缘应力分布不同平面时翼缘应力分布二、高宽比二、高宽比uH/B宜大于宜大于4，不宜小于，不宜小于3u当当H/B小于小于2时，空间整体作用已基本上消失时，空间整体作用已基本上消失u采用筒中筒结构时层数不宜太少，一般宜在采用筒中筒结构时层数不宜太少，一般宜在20层层以上，以上，H不宜低于不宜低于80m(

12、(二二) )、控制结构高宽比、控制结构高宽比H/BH/B 控制结构刚度和侧移说明：结构合理，满足侧移和自振周期，经验算可以适当放宽25三、框筒的开孔大小三、框筒的开孔大小u墙面上洞口的大小决定了墙的工作性质墙面上洞口的大小决定了墙的工作性质中中柱柱轴轴力力角角柱柱轴轴力力 开孔率与剪力滞后的关系开孔率与剪力滞后的关系相同刚度条件下，开孔率相同刚度条件下，开孔率与材料用量的关系与材料用量的关系框筒要发挥框筒要发挥筒体的效能，筒体的效能，开孔率不宜开孔率不宜大于大于50%50%，不得大于不得大于60%60%。四、洞口的形状四、洞口的形状lhbc框筒网格高宽比孔洞的高宽比u梁、柱刚度相差过于悬殊，均不利于框筒的整体工作梁、柱刚度相差过于悬殊，均不利于框筒的整体工作u洞口形状与框筒梁柱轴线网络的形状应相似洞口形状与框筒梁柱轴线网络的形状应相似五、柱五、柱 距距u柱距为柱距为23米米u柱距不宜大于柱距不宜大于4米，当柱距大于米，当柱距大于4米，工作状态接近普米，工作状态接近普通框架通框架u一般情况下柱距不大于层高，常用柱距为一般情况下柱距不大于层高，常用柱距为2.53米米六、柱的截面六、