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1、高层建筑结构筒体结构设计本讲稿第一页，共二十四页7.1 筒体结构的布置本讲稿第二页，共二十四页7.1.1 筒体结构概念 1 1 .筒体结构是框架筒体结构是框架筒体结构是框架筒体结构是框架-剪力墙结构和剪力墙结构的演变与发剪力墙结构和剪力墙结构的演变与发剪力墙结构和剪力墙结构的演变与发剪力墙结构和剪力墙结构的演变与发展，它将抗侧力结构集中设置于房屋的内部或外部而形成展，它将抗侧力结构集中设置于房屋的内部或外部而形成展，它将抗侧力结构集中设置于房屋的内部或外部而形成展，它将抗侧力结构集中设置于房屋的内部或外部而形成空间封闭的筒体。筒体是空间整截面工作的结构，如同竖空间封闭的筒体。筒体是空间整截面工
2、作的结构，如同竖空间封闭的筒体。筒体是空间整截面工作的结构，如同竖空间封闭的筒体。筒体是空间整截面工作的结构，如同竖立在地面上的悬臂箱形截面梁，它使结构体系具有很大的立在地面上的悬臂箱形截面梁，它使结构体系具有很大的立在地面上的悬臂箱形截面梁，它使结构体系具有很大的立在地面上的悬臂箱形截面梁，它使结构体系具有很大的抗侧刚度和抗水平推力的能力，并随房屋高度增加而具有抗侧刚度和抗水平推力的能力，并随房屋高度增加而具有抗侧刚度和抗水平推力的能力，并随房屋高度增加而具有抗侧刚度和抗水平推力的能力，并随房屋高度增加而具有明显的空间作用，因此，筒体结构一般适用于层数较多或明显的空间作用，因此，筒体结构一般
3、适用于层数较多或明显的空间作用，因此，筒体结构一般适用于层数较多或明显的空间作用，因此，筒体结构一般适用于层数较多或高度较大的结构。筒体结构多用于综合性办公楼等各类超高度较大的结构。筒体结构多用于综合性办公楼等各类超高度较大的结构。筒体结构多用于综合性办公楼等各类超高度较大的结构。筒体结构多用于综合性办公楼等各类超高层公共建筑。高层公共建筑。高层公共建筑。高层公共建筑。本讲稿第三页，共二十四页7.1.1 筒体结构概念2 2 .筒体结构的类型筒体结构的类型筒体结构的类型筒体结构的类型 筒体结构的类型很多，如图所示。筒体结构的类型很多，如图所示。筒体结构的类型很多，如图所示。筒体结构的类型很多，如
4、图所示。（a a）图为最一般的类型）图为最一般的类型）图为最一般的类型）图为最一般的类型筒中筒结构，它由中央剪力筒中筒结构，它由中央剪力筒中筒结构，它由中央剪力筒中筒结构，它由中央剪力墙内筒和周边外框筒组成墙内筒和周边外框筒组成墙内筒和周边外框筒组成墙内筒和周边外框筒组成 。（b b）框架）框架）框架）框架-核心筒核心筒核心筒核心筒 （c c）框筒结构）框筒结构）框筒结构）框筒结构 （d d）多重筒）多重筒）多重筒）多重筒 （e e）成束筒）成束筒）成束筒）成束筒 （f f）多筒）多筒）多筒）多筒 本讲稿第四页，共二十四页7.1.1 筒体结构概念本讲稿第五页，共二十四页7.1.1 筒体结构概念
5、3 3 .筒体结构的筒体分为：筒体结构的筒体分为：筒体结构的筒体分为：筒体结构的筒体分为：（1 1）剪力墙围成的薄壁筒；）剪力墙围成的薄壁筒；）剪力墙围成的薄壁筒；）剪力墙围成的薄壁筒；（2 2）由密柱框架或壁式框架围成的框筒。）由密柱框架或壁式框架围成的框筒。）由密柱框架或壁式框架围成的框筒。）由密柱框架或壁式框架围成的框筒。实例实例实例实例 深圳国际贸易中心大厦，深圳国际贸易中心大厦，深圳国际贸易中心大厦，深圳国际贸易中心大厦，5050层，层，层，层，158m158m，钢筋混凝土筒体，外，钢筋混凝土筒体，外，钢筋混凝土筒体，外，钢筋混凝土筒体，外筒由钢骨混凝土和钢柱组成。筒由钢骨混凝土和钢
6、柱组成。筒由钢骨混凝土和钢柱组成。筒由钢骨混凝土和钢柱组成。广东国际大厦，广东国际大厦，广东国际大厦，广东国际大厦，6363层，层，层，层，200m200m，钢筋混凝土内筒体，外筒由钢，钢筋混凝土内筒体，外筒由钢，钢筋混凝土内筒体，外筒由钢，钢筋混凝土内筒体，外筒由钢骨混凝土和钢柱组成。骨混凝土和钢柱组成。骨混凝土和钢柱组成。骨混凝土和钢柱组成。本讲稿第六页，共二十四页本讲稿第七页，共二十四页7.1.1 筒体结构概念 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。本讲稿第八页，共二十四页7.1.1 筒体结构概念 广东国际大厦，63层，200m，钢筋混凝土内
7、筒体，外筒由钢骨混凝土和钢柱组成。本讲稿第九页，共二十四页7.2 侧向力作用下的受力特点本讲稿第十页，共二十四页7.2.1 筒体结构的受力性能简介 研究表明：筒体结构的空间受力性能与其高度或高宽研究表明：筒体结构的空间受力性能与其高度或高宽研究表明：筒体结构的空间受力性能与其高度或高宽研究表明：筒体结构的空间受力性能与其高度或高宽比等诸多因素有关。筒体是空间整截面工作的，如同比等诸多因素有关。筒体是空间整截面工作的，如同比等诸多因素有关。筒体是空间整截面工作的，如同比等诸多因素有关。筒体是空间整截面工作的，如同一个竖在地面上的悬臂箱形梁。框筒在水平力作用下，一个竖在地面上的悬臂箱形梁。框筒在水
8、平力作用下，一个竖在地面上的悬臂箱形梁。框筒在水平力作用下，一个竖在地面上的悬臂箱形梁。框筒在水平力作用下，不仅平行于水平力作用方向上的框架（称为腹板框架）不仅平行于水平力作用方向上的框架（称为腹板框架）不仅平行于水平力作用方向上的框架（称为腹板框架）不仅平行于水平力作用方向上的框架（称为腹板框架）起作用，而且垂直于水平力方向上的框架（称为翼缘起作用，而且垂直于水平力方向上的框架（称为翼缘起作用，而且垂直于水平力方向上的框架（称为翼缘起作用，而且垂直于水平力方向上的框架（称为翼缘框架）也共同受力。薄壁筒在水平力作用下更接近于框架）也共同受力。薄壁筒在水平力作用下更接近于框架）也共同受力。薄壁筒
9、在水平力作用下更接近于框架）也共同受力。薄壁筒在水平力作用下更接近于薄壁杆件，产生整体弯曲和扭转。如图所示。薄壁杆件，产生整体弯曲和扭转。如图所示。薄壁杆件，产生整体弯曲和扭转。如图所示。薄壁杆件，产生整体弯曲和扭转。如图所示。本讲稿第十一页，共二十四页7.2.1 筒体结构的受力性能简介本讲稿第十二页，共二十四页7.2.1 筒体结构的受力性能简介 理想筒体在水平力作用下，截面保持平面，腹板应力直线理想筒体在水平力作用下，截面保持平面，腹板应力直线理想筒体在水平力作用下，截面保持平面，腹板应力直线理想筒体在水平力作用下，截面保持平面，腹板应力直线分布，翼缘应力相等。分布，翼缘应力相等。分布，翼缘
10、应力相等。分布，翼缘应力相等。而框筒则不再保持平截面变形，腹板框架柱的轴力是曲线而框筒则不再保持平截面变形，腹板框架柱的轴力是曲线而框筒则不再保持平截面变形，腹板框架柱的轴力是曲线而框筒则不再保持平截面变形，腹板框架柱的轴力是曲线分布的，翼缘框架柱的轴力也是不均匀分布，靠近角柱的分布的，翼缘框架柱的轴力也是不均匀分布，靠近角柱的分布的，翼缘框架柱的轴力也是不均匀分布，靠近角柱的分布的，翼缘框架柱的轴力也是不均匀分布，靠近角柱的柱子轴力大，远离角柱的柱子轴力小。这种应力分布不再柱子轴力大，远离角柱的柱子轴力小。这种应力分布不再柱子轴力大，远离角柱的柱子轴力小。这种应力分布不再柱子轴力大，远离角柱
11、的柱子轴力小。这种应力分布不再保持直线规律的现象称为剪力滞后。保持直线规律的现象称为剪力滞后。保持直线规律的现象称为剪力滞后。保持直线规律的现象称为剪力滞后。在筒体结构中，剪力墙筒的截面面积较大，它承受大部分在筒体结构中，剪力墙筒的截面面积较大，它承受大部分在筒体结构中，剪力墙筒的截面面积较大，它承受大部分在筒体结构中，剪力墙筒的截面面积较大，它承受大部分水平剪力，所以柱子承受的剪力很小；而由水平力产生的水平剪力，所以柱子承受的剪力很小；而由水平力产生的水平剪力，所以柱子承受的剪力很小；而由水平力产生的水平剪力，所以柱子承受的剪力很小；而由水平力产生的倾覆力矩，则绝大部分由框筒柱的轴向力所形成
12、的总体弯倾覆力矩，则绝大部分由框筒柱的轴向力所形成的总体弯倾覆力矩，则绝大部分由框筒柱的轴向力所形成的总体弯倾覆力矩，则绝大部分由框筒柱的轴向力所形成的总体弯矩来平衡，剪力墙和柱承受的局部弯矩很小。矩来平衡，剪力墙和柱承受的局部弯矩很小。矩来平衡，剪力墙和柱承受的局部弯矩很小。矩来平衡，剪力墙和柱承受的局部弯矩很小。本讲稿第十三页，共二十四页7.2.1 筒体结构的受力性能简介 具有较大的抗弯刚度EI，它比单片剪力墙的抗弯刚度要大得多。在水平荷载作用下，腹板墙体主要承担水平剪力，翼缘墙体承担弯矩。由于翼缘墙体有较大的截面抗拉、抗压，力臂接近于墙间距离B。本讲稿第十四页，共二十四页7.3 筒体结构
13、的计算方法本讲稿第十五页，共二十四页7.3 筒体结构的计算方法 框架框架框架框架-筒体结构其工作性质类似于框架筒体结构其工作性质类似于框架筒体结构其工作性质类似于框架筒体结构其工作性质类似于框架-剪力墙结构。剪力墙结构。剪力墙结构。剪力墙结构。对于筒中筒结构在进行水平力分配时，也可将框筒作为普对于筒中筒结构在进行水平力分配时，也可将框筒作为普对于筒中筒结构在进行水平力分配时，也可将框筒作为普对于筒中筒结构在进行水平力分配时，也可将框筒作为普通框架结构进行处理，则按框架通框架结构进行处理，则按框架通框架结构进行处理，则按框架通框架结构进行处理，则按框架-剪力墙结构进行水平力剪力墙结构进行水平力剪
14、力墙结构进行水平力剪力墙结构进行水平力分配。分配。分配。分配。框架（框筒）和实腹墙筒体之间进行水平力分配时，框架（框筒）和实腹墙筒体之间进行水平力分配时，框架（框筒）和实腹墙筒体之间进行水平力分配时，框架（框筒）和实腹墙筒体之间进行水平力分配时，首先将结构在水平作用的主轴方向上，将框架结构划分为首先将结构在水平作用的主轴方向上，将框架结构划分为首先将结构在水平作用的主轴方向上，将框架结构划分为首先将结构在水平作用的主轴方向上，将框架结构划分为若干片框架；将实腹墙筒体划分为平面剪力墙时，可以考若干片框架；将实腹墙筒体划分为平面剪力墙时，可以考若干片框架；将实腹墙筒体划分为平面剪力墙时，可以考若干
15、片框架；将实腹墙筒体划分为平面剪力墙时，可以考虑垂直方向墙体作为翼缘参与工作，每侧翼缘的有效宽度虑垂直方向墙体作为翼缘参与工作，每侧翼缘的有效宽度虑垂直方向墙体作为翼缘参与工作，每侧翼缘的有效宽度虑垂直方向墙体作为翼缘参与工作，每侧翼缘的有效宽度按规定取值。按规定取值。按规定取值。按规定取值。本讲稿第十六页，共二十四页7.4 筒体结构主要构造要求 本讲稿第十七页，共二十四页7.4.1 一般要求（1 1）筒体结构的混凝土强度等级不宜低于筒体结构的混凝土强度等级不宜低于筒体结构的混凝土强度等级不宜低于筒体结构的混凝土强度等级不宜低于C30C30；（2 2）筒中筒结构的高度不宜低于）筒中筒结构的高度
16、不宜低于）筒中筒结构的高度不宜低于）筒中筒结构的高度不宜低于60m60m，高宽比不应小于，高宽比不应小于，高宽比不应小于，高宽比不应小于3 3；（3 3）当相邻层的柱不贯通时，应设置转换梁等构件，为确）当相邻层的柱不贯通时，应设置转换梁等构件，为确）当相邻层的柱不贯通时，应设置转换梁等构件，为确）当相邻层的柱不贯通时，应设置转换梁等构件，为确保转换梁刚度和强度，转换梁的高跨比不宜小于保转换梁刚度和强度，转换梁的高跨比不宜小于保转换梁刚度和强度，转换梁的高跨比不宜小于保转换梁刚度和强度，转换梁的高跨比不宜小于1/61/6。（4 4）筒体结构的楼盖外角宜设置双层双向钢筋，单层单向）筒体结构的楼盖外
17、角宜设置双层双向钢筋，单层单向）筒体结构的楼盖外角宜设置双层双向钢筋，单层单向）筒体结构的楼盖外角宜设置双层双向钢筋，单层单向配筋率不宜小于配筋率不宜小于配筋率不宜小于配筋率不宜小于0.3%0.3%，钢筋直径不应小于，钢筋直径不应小于，钢筋直径不应小于，钢筋直径不应小于8mm8mm，间距不，间距不，间距不，间距不应大于应大于应大于应大于150mm150mm，双层双向筋的配置范围不宜小于外框架，双层双向筋的配置范围不宜小于外框架，双层双向筋的配置范围不宜小于外框架，双层双向筋的配置范围不宜小于外框架（或外筒）至内筒外墙中距的（或外筒）至内筒外墙中距的（或外筒）至内筒外墙中距的（或外筒）至内筒外墙
18、中距的1/31/3和和和和3m3m。本讲稿第十八页，共二十四页筒体结构简介本讲稿第十九页，共二十四页7.4.2 框架-核心筒体结构的构造要求 核心筒核心筒核心筒核心筒（1 1）核心筒是框架）核心筒是框架）核心筒是框架）核心筒是框架-筒体结构的主要抗侧力结构，筒体应尽量贯通筒体结构的主要抗侧力结构，筒体应尽量贯通筒体结构的主要抗侧力结构，筒体应尽量贯通筒体结构的主要抗侧力结构，筒体应尽量贯通建筑物全高，并要求具有较大的侧向刚度。一般情况，当核心筒建筑物全高，并要求具有较大的侧向刚度。一般情况，当核心筒建筑物全高，并要求具有较大的侧向刚度。一般情况，当核心筒建筑物全高，并要求具有较大的侧向刚度。一
19、般情况，当核心筒的宽度小于其总高的的宽度小于其总高的的宽度小于其总高的的宽度小于其总高的1/121/12时。框架时。框架时。框架时。框架-筒体结构之筒体应具有良筒体结构之筒体应具有良筒体结构之筒体应具有良筒体结构之筒体应具有良好的整体性，并满足相应要求。当外框架范围内设置角筒、剪好的整体性，并满足相应要求。当外框架范围内设置角筒、剪好的整体性，并满足相应要求。当外框架范围内设置角筒、剪好的整体性，并满足相应要求。当外框架范围内设置角筒、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。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。力墙或增强结构整体刚度的构件时，核心筒的宽度可
20、适当减小。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。（2 2）核心筒应具有良好的整体性，墙肢宜均匀、对称布置，）核心筒应具有良好的整体性，墙肢宜均匀、对称布置，）核心筒应具有良好的整体性，墙肢宜均匀、对称布置，）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，当不可避免时，筒角内壁至洞筒体角部附近不宜开洞，当不可避免时，筒角内壁至洞筒体角部附近不宜开洞，当不可避免时，筒角内壁至洞筒体角部附近不宜开洞，当不可避免时，筒角内壁至洞口应保持一段距离，以便设置边缘构件，其值不应小于口应保持一段距离，以便设置边缘构件，其值不应小于口应保持一段距离，以便设置边缘构件，其
21、值不应小于口应保持一段距离，以便设置边缘构件，其值不应小于500mm500mm和开洞墙的厚度。和开洞墙的厚度。和开洞墙的厚度。和开洞墙的厚度。本讲稿第二十页，共二十四页7.4.2 框架-核心筒体结构的构造要求（3 3）核心筒外墙的截面厚度不应小于层高的）核心筒外墙的截面厚度不应小于层高的）核心筒外墙的截面厚度不应小于层高的）核心筒外墙的截面厚度不应小于层高的1/201/20及及及及200mm200mm，对于一、，对于一、，对于一、，对于一、二级抗震设计的底部加强部位不宜小于层高的二级抗震设计的底部加强部位不宜小于层高的二级抗震设计的底部加强部位不宜小于层高的二级抗震设计的底部加强部位不宜小于层
22、高的1/201/20及及及及200mm200mm，当厚度不能满足上述要求时，应验算稳定性。必要时可增设扶壁柱或当厚度不能满足上述要求时，应验算稳定性。必要时可增设扶壁柱或当厚度不能满足上述要求时，应验算稳定性。必要时可增设扶壁柱或当厚度不能满足上述要求时，应验算稳定性。必要时可增设扶壁柱或扶壁墙。扶壁墙。扶壁墙。扶壁墙。（4 4）在满足承载力要求，以及轴压比限值（仅对抗震设计的在满足承载力要求，以及轴压比限值（仅对抗震设计的在满足承载力要求，以及轴压比限值（仅对抗震设计的在满足承载力要求，以及轴压比限值（仅对抗震设计的底部加强部位）时，核心筒内墙可适当减薄，但不得小于底部加强部位）时，核心筒内
23、墙可适当减薄，但不得小于底部加强部位）时，核心筒内墙可适当减薄，但不得小于底部加强部位）时，核心筒内墙可适当减薄，但不得小于160mm160mm。（5 5）抗震设计时，核心筒的连梁宜通过配置交叉暗撑、设水抗震设计时，核心筒的连梁宜通过配置交叉暗撑、设水抗震设计时，核心筒的连梁宜通过配置交叉暗撑、设水抗震设计时，核心筒的连梁宜通过配置交叉暗撑、设水平缝或减小梁截面高宽比等措施来提高连梁的延性。框架平缝或减小梁截面高宽比等措施来提高连梁的延性。框架平缝或减小梁截面高宽比等措施来提高连梁的延性。框架平缝或减小梁截面高宽比等措施来提高连梁的延性。框架-筒体结构的周边柱间必须设置框架梁。筒体结构的周边柱
24、间必须设置框架梁。筒体结构的周边柱间必须设置框架梁。筒体结构的周边柱间必须设置框架梁。本讲稿第二十一页，共二十四页7.4.3 筒中筒结构的构造要求 1 1 .在相同的水平荷载作用下，以圆形的侧向刚度和受力在相同的水平荷载作用下，以圆形的侧向刚度和受力在相同的水平荷载作用下，以圆形的侧向刚度和受力在相同的水平荷载作用下，以圆形的侧向刚度和受力性能最佳，矩形最差；正三角形的结构性能也较差，应通性能最佳，矩形最差；正三角形的结构性能也较差，应通性能最佳，矩形最差；正三角形的结构性能也较差，应通性能最佳，矩形最差；正三角形的结构性能也较差，应通过切角使其成为六边形来改善外框筒的剪力滞后现象，提过切角使
25、其成为六边形来改善外框筒的剪力滞后现象，提过切角使其成为六边形来改善外框筒的剪力滞后现象，提过切角使其成为六边形来改善外框筒的剪力滞后现象，提高结构的空间作用。高结构的空间作用。高结构的空间作用。高结构的空间作用。2 2 .筒中筒结构的平面外形宜选用圆形、正多边形、椭圆筒中筒结构的平面外形宜选用圆形、正多边形、椭圆筒中筒结构的平面外形宜选用圆形、正多边形、椭圆筒中筒结构的平面外形宜选用圆形、正多边形、椭圆形或矩形等，内筒宜居中。筒中筒矩形平面的长宽比不宜形或矩形等，内筒宜居中。筒中筒矩形平面的长宽比不宜形或矩形等，内筒宜居中。筒中筒矩形平面的长宽比不宜形或矩形等，内筒宜居中。筒中筒矩形平面的长
26、宽比不宜大于大于大于大于2 2。本讲稿第二十二页，共二十四页7.4.3 筒中筒结构的构造要求 3 3 3 3 .外筒的切角长度不宜小于相应边长的外筒的切角长度不宜小于相应边长的外筒的切角长度不宜小于相应边长的外筒的切角长度不宜小于相应边长的1/81/81/81/8，其角部可，其角部可，其角部可，其角部可设置刚度较大的角柱或角筒；内筒的切角长度不宜小于设置刚度较大的角柱或角筒；内筒的切角长度不宜小于设置刚度较大的角柱或角筒；内筒的切角长度不宜小于设置刚度较大的角柱或角筒；内筒的切角长度不宜小于相应边长的相应边长的相应边长的相应边长的1/101/101/101/10，切角处的筒壁宜适当加厚。，切角
27、处的筒壁宜适当加厚。，切角处的筒壁宜适当加厚。，切角处的筒壁宜适当加厚。4 4 4 4 .筒中筒结构内筒的边长可为高度的筒中筒结构内筒的边长可为高度的筒中筒结构内筒的边长可为高度的筒中筒结构内筒的边长可为高度的1/121/121/121/121/151/151/151/15，如，如，如，如果有另外的角筒或剪力墙时，内筒平面尺寸还可适当减果有另外的角筒或剪力墙时，内筒平面尺寸还可适当减果有另外的角筒或剪力墙时，内筒平面尺寸还可适当减果有另外的角筒或剪力墙时，内筒平面尺寸还可适当减小。内筒宜贯通建筑物全高，竖向刚度宜均匀变化。小。内筒宜贯通建筑物全高，竖向刚度宜均匀变化。小。内筒宜贯通建筑物全高，
28、竖向刚度宜均匀变化。小。内筒宜贯通建筑物全高，竖向刚度宜均匀变化。5 5 5 5 .筒中筒结构跨高比不大于筒中筒结构跨高比不大于筒中筒结构跨高比不大于筒中筒结构跨高比不大于2 2 2 2的框筒梁和内筒连梁宜采的框筒梁和内筒连梁宜采的框筒梁和内筒连梁宜采的框筒梁和内筒连梁宜采用交叉暗撑；跨高比不大于用交叉暗撑；跨高比不大于用交叉暗撑；跨高比不大于用交叉暗撑；跨高比不大于1 1 1 1的框筒梁和内筒连梁应采用的框筒梁和内筒连梁应采用的框筒梁和内筒连梁应采用的框筒梁和内筒连梁应采用交叉暗撑，且应符合相应的规定。交叉暗撑，且应符合相应的规定。交叉暗撑，且应符合相应的规定。交叉暗撑，且应符合相应的规定。本讲稿第二十三页，共二十四页筒中筒结构的构造要求 筒中筒结构的构造要求筒中筒结构的构造要求筒中筒结构的构造要求筒中筒结构的构造要求本讲稿第二十四页，共二十四页