《筒体结构设计》PPT课件

40.3%
2.7%
6.6%
深圳国贸中心一层剪力分配比例
外框筒
内筒
27%
73%
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6
(四)框架-筒体结构（图2a）
受力接近于框架-剪力墙结构。
(五)成束筒（图2b）
截面应力分布大体上与整体 截面筒体相似，但在隔板处 有剪力滞后现象。它的受力 比同样平面尺寸的单个框筒 要均匀一些。
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(a)
中柱截面面积的1～2倍。 7.裙梁截面：扁而高梁，h=600～1500，梁宽等于墙厚，一
般不小于250mm。 8.内筒尺寸：内筒的边长可为高度的1/12～1/15。
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8
（二）框架-筒体结构布置
1. 平面形状：较自由，但要简单、规则、均匀、 对称。
2. 高宽比：2.5～4.0。 3. 内筒尺寸：较自由 4. 外柱柱距：4m～9m。
为框筒的扭转刚度矩阵。由式(g)可以求出｛｝，代入式(c)
可得｛x｝、｛y｝，从而可求得框架内力。
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（二）筒中筒结构在水平荷载下的 内力位移计算
1. 等效平面法
(a)
(b)
(c)
图9
外框筒可用翼缘展开法（图9b）或等代角柱法（图9c）简
化为平面框架，内筒为在水平荷载方向的剪力墙，按框架
线刚度有关，详细情况可参考崔鸿超“框筒（筒中筒）结
构的简化计算方法”（建筑结构学报，1982年第6期）。
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2.等效连续体法
此法是将框筒每一个平面的梁柱用一个等效的均匀的正交 异性平板来替代，因此框筒变成为一实腹的薄壁筒（图5）。
图5
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14
由于楼板在其平面内的刚度很大，能约束壁板平面外变形, 因此壁板只需考虑平面内的作用。
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2
（一） 实腹筒结构（图1a）
理想筒体在水平力作用 下，截面保持平面，腹 板应力按直线分布，翼 缘应力相等。
+
图1(a)实腹筒
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3
（二） 框筒结构（图1b）
框筒在水平力作用下，不 仅腹板框架起作用，翼缘 框架也共同受力。由于剪 力滞后影响，腹板框架柱 的轴力是曲线分布的，而 翼缘框架的轴力也是不均 匀分布的，角柱受力最大。
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10
N N N N N
Ac
图3
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Acj
11
此法的关键是找到每层的恰当的等代角柱截面。方 法是要使等代后角柱的轴向变形与等代前角柱的轴 向变形相等。
设框筒第j层原角柱面积为Ac，所受轴力为N1；等代
角柱的截面面积为 A c j ，所受轴力为 N ，则各自的
轴向变形为：
N 1h E Ac
筒在i层处作用有单位扭矩时，j层处的扭转角。
解上述方程组，求出Tj后，即可分别对内、外筒进行内力和
位移计算。
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四、筒体结构截面设计与构造要求
（一）外框筒梁和内筒连梁应符合以下要求：
1. 按一般梁设计，不考虑深梁作用。 2. 截面尺寸应满足抗剪要求：
（1）无地震作用组合
Vb0.25cbbhb0fc
≥l2/3 且≥3000mm
≤150mm l2
图12 板角配筋
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（三）框架-核心筒结构
1.核心筒宜贯通建筑物全高。核心筒的宽度不宜小于 筒体总高的1/12，当筒体结构设置角筒、剪力墙或 增强结构整体刚度的构件时，核心筒的宽度可以 适当减小。
2. 核心筒应具有良好的整体性，并满足下列要求：
（2）有地震作用组合 ① 跨高比大于2.5时：
Vb
1
RE
0.20c
fcbbhb0
②
跨高比不大于2.5时： Vb
1
RE
0.15c
fcbbhb0
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3. 不设弯起钢筋。
4.当框筒梁截面高度与跨度之比大于2时，可以设置交叉
暗撑。斜筋每一方向4根，直径不小于14㎜，箍筋直径不应小
于8㎜，间距不应大于200㎜及梁截面宽度的一半；端部加密
外筒
内筒
T0
T
h
Tj
T (z)
T (z)
H
T n-1
图 11
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26
用力法求解，基本方程为：
00T0 01T1 T 0,n1 n1 0P
10T0 11T1 T 1,n1 n1 1P
T n1,0 0 T n1,1 1 T n1,n1 n1 n1,P
式中，jP为外扭矩作用下外筒在j层处的扭转角；ji为内、外
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9
三、筒体结构内力与位移计算方法
（一）框筒在水平荷载作用下的内力
和位移计算方法
1. 等代角柱法
框筒结构在水平荷载作用下，角柱受力最大，腹板框架的 角柱有轴力、剪力和弯矩。剪力和弯矩对翼缘框架平面外 的影响可忽略不计，轴力将使角柱产生轴向变形，从而带 动整个翼缘框架在其平面内产生影响。等代角柱法用一个 等代角柱来代替原框筒结构的作用，得到一个能代替原框 筒结构的等效平面框架（图3）。这样，问题便变为平面 框架的计算问题。
(b) 图2
7
二、结构布置
（一）筒中筒结构布置
1.平面形状：宜为圆形、正多边形、椭圆形或矩形等，矩 形平面的长宽比不宜大于2。
2.高宽比：H/B宜大于4，不应小于3。 3.框筒开孔：开孔率不宜大于60%。 4.洞口形状：洞口高宽比宜与框筒梁柱轴线网格高宽比相似。 5.柱距：框筒柱距为2.0～3.0m，不宜大于4m。 6.柱截面：扁柱，高宽比约为4。角柱截面面积一般可取为
Nh E Acj
NN 1N 2
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12
由
式中
，可得：
4.5
N
4
Acj
N1
Ac Ac 3
2
1
l=2m l=2ll.==533m.m5lm=4m
0.01 0.02
Cn F1/F2
0.03 0.04 0.05
N N1
图4 l：梁跨； F1：角柱面积； F2：外框筒其它柱面积。
称为等代系数，其数值大小反映框筒结构空间作用的强 弱。 曲线如图4所示， 与角柱与其它的面积比以及梁的
加密区
bb/2
la1
la1 la （非抗震设计）
la1 1.15la（抗震设计）
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30
l1
≤150mm ≥l1/3 且≥3000mm
（二）楼盖
筒体结构的楼盖外角宜 设置双层双向钢筋（图 16），单层单向配筋率 不宜小于0.3%，钢筋 的直径不应小于8㎜， 间距不宜大于150㎜， 配筋范围不宜小于外框 架（或外筒）至内筒外 墙中距的1/3和3m。
（4）筒体墙的水平、竖向配筋不应少于两排；
（5）抗震设计时，核心筒的连梁，宜通过配置交叉暗撑、设置 水平缝或减小梁截面的高宽比等措施来提高连梁的延性。
3. 抗震设计时，各层框架柱的地震剪力应予以调整。
4. 框架-核心筒结构的周边柱间必须设置框架梁。
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区间距不应大于100㎜，加密区长度不应小于600㎜及梁截面
宽度的2倍。交叉斜筋伸入墙内长度，抗震设计时取laE，非抗 震设计时取la，面积为：
非抗震设计
As
Vb
2fy sin
抗震设计
As
REVb 2 fy sin
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5. 裙梁纵筋每侧不少于216，箍筋不少于8@200， 腰筋不少于12@200。
Aj为有限结点的截面面积；G为材料的剪切模量。
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（3）内力与位移的计算
x P 法向面板的
z
z
xz
' z
y
H
x
yz
2b 2c
图7
图7
平衡方程：
y y
yz z
0
yz y
z z
0
侧向面板的 平衡方程：
x x
xz z
0
xz x
' z
z
0
解和微xz分和方位 程移 和x(根u)、据z边(w界)。条最件后可还求要出把从x、 等效y、 连续z、 体中z'、 得y到x 的
Chapter 8 筒体结构设计
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1
一、概 述
筒体是一种双向具有抗侧能力的空间受 力结构，具有很大的刚度和承载力，适合在 高层和超高层建筑中采用，其混凝土强度等 级不宜低于C30。筒中筒结构的高度不宜低 于60m，高宽比不应小于3。
当相邻层的柱不贯通时，应设置转换梁 等构件。转换梁的高度不宜小于跨度的1/6。
（1）墙肢宜均匀、对称布置； （2）筒体角部附近不宜开洞，当不可避免时，筒角
内壁至洞口的距离不应小于500㎜和开洞墙的截 面厚度；
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32
（3）核心筒外墙的截面厚度不应小于层高的1/20及200㎜， 对一、二级抗震设计的底部加强部位不宜小于层高的 1/16及200㎜，不满足时，应计算墙体稳定，必要时可 增设扶壁柱或扶壁墙；在满足承载力要求以及轴压比限 值（仅对抗震设计）时，核心筒内墙可适当减薄，但不 应小于160㎜；
-剪力墙结构计算。
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2. 等效连续体法
x0 x
xj
x n-1
(a)
(b)
图 10
外框筒可按单筒中的方法化为等效连续体，内筒一般为薄壁
杆，因为对称荷载通过剪力中心，只产生弯曲，可按普通梁
计算。计算简图如图10a，用力法可以求解（图10b）。
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3. 筒中筒结构在扭转荷载下的计算
2 1
ee
6EIc e2
(1te2)
Ib1 l1
(1t1)2 l1
Ib2 l2
(1t1)2 l2
式中 e h t2 ， l1 d 1 t1 ， l2 d 2 t2 。
等效板的荷载-位移关系为：
V h GA
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17
由以上两式相等，得等效板的剪切刚度为：
GA12EIc e2
t2
1
e
1
1
2Ic
1te2
2
eIb1 l1
1tl11
2
Ib2 l2
1lt12
2
当为边柱时，可令其一梁惯性矩为零。
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当考虑杆件的弯曲变形和剪切变形和有限结点的剪切变形， 即不把结点区视为刚域时：
式中:
E G xz tdC xz
C x z h 1 2 h h I b c 3 h 1 d 2 d 2 d I c b 3 G E h d d 2 A b d c h h A h c b A h jh b 1 d d c h h b 2
精选ppt21ຫໍສະໝຸດ 1x1ybc
2bP x2cP yT
框架的水平剪力和水平位移间的关系为：
KxxPx
（c） （d）
（e）
KyyPy
(f)
式中，Kx 、Ky 分别为x、y向框架的侧向刚度。
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22
y c x
b
b 12b2Kx2c2KyxT
或
KT （g）
式中 K 2 b2K x2 c2 K y （h）
图1(b)框筒轴力分布
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4
（三） 筒中筒结构（图1c）
在水平荷载作用下，由 柱及墙肢的弯曲所承受 的弯矩很小；内筒承受 的剪力很大，外筒的剪 力很小。
(c)筒中筒
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5
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体弯矩 由柱及墙肢的弯曲所承担的弯矩
外框筒
内筒
外框筒
内筒
50.4%
应力通过积分，转换成梁、柱内力。
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3．框筒在扭转荷载下的等效平面法
y Py
x
Px
b
Py
T
b
某楼层：
x y bc
（a）
Px
Ac
c
Px2bPy2cT （b）
图8
当考虑整个框筒结构时，各楼层处在扭矩｛T｝作用下，产生的扭转角
｛｝、侧向位移｛x｝和｛y｝以及两个方向框架承担的水平剪力
｛Px｝和｛Py｝之间的关系为：
设A为每根柱的截面面积，E为材料弹性模量，d为柱距，t 为 等效板厚，Ec为等效板的竖向弹性模量，由轴向刚度相等可得：
AE dtEc
Ec
A dt
E
若等效板的截面面积等于柱截面面积，则有：
Ec E
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16
（2）等效板的剪切模量
梁柱节点可看成是图6c带刚域的节点，其荷载位移关系为：
Vh
2Ic (1t2)2
此法的关键是要使壁板的轴向刚度和剪切刚度与框架的轴 向刚度和剪切刚度相同。 现取出一个梁柱单元(图6a)进行分析,其等效壁板为图6b。
cV
z Ac,I c
Aj
x hb h
Ab,I b
d
(a)
V
A Ib1
DV Ic t 2 / 2
Ib2 C
t1 / 2
d
B
(b)
精图选pp6t
(c)
15
（1）等效板的弹性模量