第七章筒体结构设计

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筒体结构设计

n 1,0T0 n 1,1T1
n 1, 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。
四、筒体结构截面设计与构造要求
外框筒 27% 内筒 73%
(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。
(a)
(b) 图2
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。
（a）（b）
c
Px
Px 2b Py 2c T
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：
2bPx 2c Py T
框架的水平剪力和水平位移间的关系为：
（一）外框筒梁和内筒连梁应符合以下要求：

第7章-筒体结构设计

1
1
1.72
荷载相柱子最不
同时
利轴力
0.67
0.96
1
1.54
1.47
当基本
位移
0.48
0.83
1
1.63
2.46
风压相同时
柱子最不利轴力
0.35
0.83
1
2.53
2.69
平面面积相同，筒壁混凝土消耗量也相同，以正方形为标准
矩形平面的筒体结构平面尺寸应尽量接近于正方形；
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，框筒的工作状态已和框剪结构相似，空间整体作用已经很微弱了。
第二节筒中筒结构的布置
• 平面形状 • 高宽比 • 框筒的开孔大小 • 洞口的形状 • 柱距 • 柱的截面 • 裙梁的截面
一、平面形状
筒中筒结构的平面形状以圆形和正多边形最为有利
规则平面形状框筒工作性能
形状
圆形正六边形正方形正三角形 1：2矩形
当水平
位移
0.9
0.96
1
1
1.72
荷载相柱子最不
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
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筒体。
第二节筒体结构的受力性能
图1(b)框筒轴力分布
+
图1(a)实腹筒
剪力滞后
实腹筒体——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— —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

筒体结构设计

筒体结构设计筒体结构设计9.1⼀般规定9.1.1 本章适⽤于钢筋混凝⼟框架-核⼼筒结构和筒中筒结构，其他类型的筒体结构可参照使⽤。

筒体结构各种构件的截⾯设计和构造措施除应遵守本章规定外，尚应符合本规程第6~8章的有关规定。

9.1.2 对⾼度不超过60m的框架-核⼼筒结构，可按框架-剪⼒墙结构设计。

9.1.3 当相邻层的柱不贯通时，应设置转换梁等构件。

转换构件的结构设计应符合本规程第10章（复杂⾼层建筑结构设计）的有关规定。

9.1.4 筒体架构的楼盖外⾓宜设置双层双向钢筋（图9.1.4/p103），单层单向配筋率不宜⼩于0.3%，钢筋的直径不应⼩于8mm，间距不应⼤于150mm，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。

9.1.5 核⼼筒或内筒的外墙与外框架柱间的中距，⾮抗震设计⼤于15m、抗震设计⼤于12m时，宜采取增设内柱等措施。

9.1.6 核⼼筒或内筒中剪⼒墙截⾯形状宜简单；截⾯形状复杂的墙体可按应⼒进⾏截⾯设计校核。

9.1.7 筒体结构核⼼筒或内筒设计应符合下列规定：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，筒体内壁⾄洞⼝的距离不应⼩于500mm和开洞墙截⾯厚度的较⼤值；3.筒体墙应按本规程附录D验算墙体稳定（p175），且外墙厚度不应⼩于200mm，内墙厚度不应⼩于160mm，必要时可设置扶壁柱或扶壁墙；4.筒体墙的⽔平、竖向配筋不应⼩于两排，其最⼩配筋率应符合本规程第7.2.17条的规定（⼀、⼆、三级均不应⼩于0.25%，四级、⾮抗震均不应⼩于0.20%）；5.抗震设计时，核⼼筒、内筒的连梁宜配置对⾓斜向钢筋或交叉暗撑；6.筒体墙的加强部位⾼度、轴压⽐限值、边缘构件设置以及截⾯设置，应符合本规程第7章的有关规定。

对⾓斜向钢筋或交叉暗撑9.1.8 核⼼筒或内筒的外墙不宜在⽔平⽅向连续开动，洞间墙肢的截⾯⾼度不宜⼩于1.2m；当洞间墙肢的截⾯⾼度与厚度之⽐⼩于⼩于4时，宜按框架柱进⾏截⾯设计。

7. 筒体结构设计

7.3 筒体结构的受力和变形特点
筒体结构是空间整体工作的，如同一个竖向悬臂箱形梁竖向悬臂箱形梁。筒体结构是空间整体工作的，如同一个竖向悬臂箱形梁。在侧向力作用下，框筒结构的受力相似于薄壁箱形结构。在侧向力作用下，框筒结构的受力相似于薄壁箱形结构。薄壁箱形结构受力特点：当侧向力作用时，薄壁箱形结构受力特点：当侧向力作用时，箱形结构截面内正应力均呈线性分布。的正应力均呈线性分布。框筒结构受力特点：但当侧向力作用时，框筒结构受力特点：但当侧向力作用时，框筒底部柱内正应力沿框筒水平截顶的分布不是呈线性关系，而是呈曲线分布呈曲线分布。力沿框筒水平截顶的分布不是呈线性关系，而是呈曲线分布。
7.2 几种主要筒体结构形式及布置
（2）框筒结构
“ 密柱深梁 ” ：柱距较密（一般为 2.0 ～ 3.0m ，不宜大于 4.5m），窗裙梁深（截面高度为～1.2m））窗裙梁深（截面高度为0.6～）当框筒单独作为承重结构时，一般在中间布置柱子，当框筒单独作为承重结构时，一般在中间布置柱子，承受竖向荷载，以减少楼盖结构跨度，水平力全部由框筒结构承受。向荷载，以减少楼盖结构跨度，水平力全部由框筒结构承受。房屋中柱仅承受竖向荷载，房屋中柱仅承受竖向荷载，由这些柱子形成的框架结构对抵抗侧向力的作用很小，可忽赂不计。抗侧向力的作用很小，可忽赂不计。整个结构的高宽比宜大于3，结构平面的长宽比不宜大于。整个结构的高宽比宜大于，结构平面的长宽比不宜大于2。
7.2 几种主要筒体结构形式及布置
（5）成束筒结构
当建筑物高度或其平面尺寸进一步加大，当建筑物高度或其平面尺寸进一步加大，以至于框筒结构或筒中筒结构无法满足抗侧刚度要求时，构或筒中筒结构无法满足抗侧刚度要求时，可采用束筒结构(也称组合筒或模数筒。也称组合筒或模数筒)。也称组合筒或模数筒由于中间密柱框架的作用，由于中间密柱框架的作用，可以有效地减少外筒翼缘框架的剪力滞后效应剪力滞后效应，框架的剪力滞后效应，使冀缘框架柱子充分发挥作用。

7 筒体结构设计

第 7章筒体结构设计
高层建筑结构设计
第 7 章筒体结构设计
标题
第 7章筒体结构设计
通过本章学习，了解结构按空间结构和平面结构简化计算的原则和区别，了解框筒、筒中筒结构的特点和布置要点，知道框筒以及筒中筒结构的计算方法。
7.1 平面结构与空间结构简述 7.2 框筒与筒中筒结构特点及布置要求
平面框架及空间框架示意
第 7章筒体结构设计
从力学上说，平面结构应是假定该片结构只是在y方向平面具有刚度并受力（2维），出平面的刚度为0，不产生出平面的内力。因此，每个节点只有三个自由度，如下图所示：
平面受力及空间受力杆件
在平面结构中，各片框架之间的水平位移是通过楼板协调的。假定楼板在平面内为无限刚性，可以使同一楼层的所有节点水平位移相同，或者各片框架水平位移也有线性关系，这可以大大减少分析中的未知变量，在大多数情况下与实际情况也是符合的。假定楼板在其平面外刚度很小，这就表明各片框架之间的竖向变形是独立的，也即忽略了竖向变形的协调。
第 7章筒体结构设计
7.3 框筒及筒中筒结构计算简介
框筒和筒中筒结构都应该按空间结构分析其内力以及位移。精确的空间计算工作量很大，在工程应用时都要做一些简化。由于简化的方法和程度不同，框筒和筒中筒结构的计算方法繁多，各有特点。 7.3.1 空间构件有限元矩阵位移法
框筒：将框筒的梁、柱简化为带刚域杆件，按空间杆系方法求解，每个节点有6个自由度。筒中筒：将外筒看成薄壁杆件，外筒与内筒通过楼板连接协同工作。同时假定楼板为平面内无限刚性板，忽略其平面外刚度，楼板的作用只是保证内、外筒具有相同的水平位移，而楼板与筒之间无弯矩传递关系。本方法需要通过计算机程序，是目前用得最多的方法。

筒体结构精品PPT课件

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第7章筒体结构设计
7.2.1 筒体结构的受力性能简介
剪力滞后效应
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第7章筒体结构设计
7.2.1 筒体结构的受力性能简介
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第7章筒体结构设计
7.2.1 筒体结构的受力性能简介
• 在筒体结构中，侧向力所产生的剪力主要由其腹板承担；对于筒中筒结构则主要由外筒的腹板框架和内筒的腹板部分承担，总剪力在内外筒之间按抗侧刚度比分配。
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第7章筒体结构设计
7.1.3 框筒结构
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。
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第7章筒体结构设计
7.1.4 筒中筒结构
1.把筒中筒结构布置于框筒结构的中间，使之称为筒中筒结构。筒中筒结构的平面可以为正方形、矩形、圆形、三角形或其他形状。
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斜交网格外筒
第7章筒体结构设计
7.1.6 斜交网格外筒+内筒的筒中筒体系
外框筒斜交网格柱采用圆钢管，节点区域左右相邻钢管通过拉板相贯实现左右连接，上下相邻钢管则通过与环板相贯实现上下连接。因此外筒就是由一个个四根管与板件相贯连接的节点和节点间的连接钢管组成的斜交的网格。
外筒斜交网格节点
• 侧向力产生的弯矩由内外筒共同承担，由于外筒柱离建筑平面型心较远，故外筒柱内的轴力所形成的倾覆弯矩极大
2.框筒结构外筒柱距较密，常常不能满足建筑使用的要求，为扩大底层柱距，减小底层柱子数，常用巨大的拱、梁或桁架支承上部的柱子。
3.角柱对框筒结构的抗侧刚度和整体抗扭具有十分重要的作用，在侧向力作用下，角柱往往产生较大的应力，因此应使角柱具有较大的截面面积和刚度，有时甚至在角柱位置布置实腹筒（或称为角筒）。

高层建筑结构设计筒体结构设计

筒体结构按结构形式分为：框架-核心筒结构、筒中筒结构、多筒结构。
筒体结构的优缺点
优点
结构整体性强、侧向刚度大、抗侧力性能优越、结构自重小、材料用量省。
缺点
平面布置不够灵活、结构自重小、侧移大、构件数量多、构造处理复杂。
筒体结构适用范围
高层建筑，主要为公共建筑，如商厦、写字楼等。对高度要求较高的建筑，如金融中心、通讯中心等。
结构设计步骤
结构方案设计
根据建筑功能要求，确定结构类型、布置和构造措施。
结构分析和优化
根据力学原理，对结构进行静力、动力和稳定性分析，并优化结构方案。
结构设计细部处理
确定结构细部构造，如节点设计、连接设计等。
02
筒体结构的概述
筒体结构定义
由剪力墙构成空间薄壁筒体，与平面框架共同抵抗水平荷载的结构体系被称为筒体结构。
根据楼面活荷载、跨度等参数进行楼板厚度、配筋等设计；
外框架设计
根据风荷载、地震作用等水平荷载，对外框架进行设计；
内筒设计
根据楼面活荷载、水平荷载等参数，对内筒进行设计。
04
高层建筑筒体结构的构造要求
形状要求
矩形
筒体结构通常采用矩形形状，这种形状具有较高的结构效率和稳定性。
对称性
为了保持结构的对称性，筒体结构应设计成对称的形状，以避免结构纸，包括平立剖面图、节点详图等，同时标注清楚各构件的尺寸、材料等信息。
绘制过程中的注意事项
保证结构安全性
01
结构设计应始终以保证建筑物的安全性为首要任务，充分考虑
地震烈度、风荷载等自然因素的不利影响。
符合规范要求
02
施工图的绘制应符合国家和地方的相关规范和标准，确保设计

第七章筒体结构设计

第七章筒体结构设计
1
7.1筒体结构概念设计

7.1.1筒体结构的类型、变形、受力特点 1、筒体结构的概念、类型筒体结构：当高层建筑结构的层数增多，高度增大时，平面抗侧力构件（框架柱、钢筋混凝土墙肢等）所构成的框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构已不能满足建筑和结构的要求（水平荷载作用下，抗倾覆要求），需要一个具有空间受力性能的结构来承担外荷载，如果我们将各方向的平面的抗侧力构件合理的加以集中、联合，就形成了一个空间的抗侧力构件，就是筒体结构。筒体结构的基本特征：水平力主要由一个或多个空间受力的竖向筒体承受。 2
7

产生剪力滞后现象的原因： 1、框筒结构中除腹板框架抵抗倾覆弯矩外，翼缘框架也通过承受轴力抵抗倾覆弯矩，同时，翼缘框架的梁、柱还承担平面内的弯矩和剪力，有变形，造成翼缘框架各柱轴力向中心递减，角柱受力较大。 2、角柱轴力较大，角柱的轴向变形引起深梁带动次框架其他柱受力，离角柱越远受力越小。 3、由于楼板刚度为有限值，楼板的挠曲变形也造成了角柱轴力较大，而中柱轴力较小。减小剪力滞后现象的措施：针对产生原因，加大次框架裙梁的刚度，减小长宽比，增强楼板刚度。

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（6）结构总高与总宽之比大于3时，才能充分发挥框筒作用。平面形状优先采用圆形、椭圆形、正多边形，矩形平面长宽比不宜大于2，否则剪力滞后现象严重，长边中柱不能充分发挥作用。（7）框筒结构的柱宜采用矩形或T型截面，长边位于外墙平面内。角柱面积可为中柱的1.5 倍左右，并可采用L形角墙或角筒。
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（3）框筒结构应设计为密柱深梁，减小剪力滞后，充分发挥结构空间作用。一般情况下，柱距为1-3米，最大为4.5米，窗裙梁跨高比约为3-4，一般窗洞面积不超过建筑面积的50% （开洞率）。洞口高宽比尽量与层高和柱距之比相似。（4）核心筒或内筒的外墙与外框柱间的中距：非抗震时，不宜大于12米，抗震时，不宜大于 10米。超过此限值时，宜另设承受竖向荷载的内柱或采用预应力混凝土楼面结构。（5）框架-核心筒结构的周边柱间必须设置框架梁。

筒体结构设计

第七章筒体结构

筒体结构的受力与变形特点筒体结构的布置筒体结构内力和位移的计算方法筒体结构构件截面设计筒体结构构造要求
筒体结构的受力与变形特点

框筒的受力特点（空间整体受力）——剪力滞后
• 剪力——腹板框架（
变形特点——剪弯型
剪力滞后影响因素及规律

窗裙梁剪切刚度与柱轴向刚度比
• 比值越大，剪力滞后越小

框筒平面形状
• 翼缘框架越长，剪力滞后越大

所处高度
• 底部大，顶部小（负）
筒体结构的布置

平面、构件及楼盖
• 原则：规则、对称；尽量减小剪力滞后 • 框筒：

密柱（1-3m）深梁（l/h=3-4,窗洞面积<50%）平面宜接近方形、圆形；矩形时边长比宜<2（否则加腹板）框筒柱：宜方形、扁矩形（注意受力方向）角柱：截面增大（轴力大，角柱面积=1.5-2中柱面积）
筒体结构构件截面设计

外框筒
• 柱：

角柱和弯矩较大柱——双向偏压其它柱——框架平面单向偏压
• 窗裙梁

按连梁计算 l/h<1时，可交叉斜筋、水平开缝

核心筒
• 剪力墙墙肢（同剪力墙结构）

正截面：宜考虑翼缘斜截面：不考虑翼缘
• 连梁（同剪力墙结构）
• 结构高度：H/B>3 • 内筒：面积不宜过小（H/B=10，内外筒边长比=1/2-1/3） • 楼盖：

（作用）尽量减少其弯矩传递（铰接、平板式、密肋）宜使角柱承受较大竖向荷载以平衡角柱中较大拉力（斜梁）

转换层
筒体结构内力和位移的计算方法

第七章筒体结构

幻灯片1第七章筒体结构● １.特点：● 筒体结构——将剪力墙集中到房屋的内部或外部形成封闭的筒体。

● 筒体在水平荷载作用下好像一个竖向悬臂空心柱体，结构空间刚度极大，抗扭性能也好● 剪力墙集中布置不妨碍房屋的使用空间，建筑平面布置灵活，适用于各种高层公共建筑和商业建筑●2.筒体结构体系的类型：框筒结构、筒中筒结构、框架核心筒结构、多重筒结构和束筒结构。

幻灯片27.1筒体结构的类型幻灯片3一、框筒结构框筒结构是由周边密集柱和高跨比很大的窗裙梁所组成的空腹筒结构。

为了减少楼盖结构的内力和挠度，中间往往要布置一些柱子，以承受楼面竖向荷载。

幻灯片4幻灯片5二、筒中筒结构在高层建筑中，往往有一定数量的电梯间或楼体间及设备井道的墙布置成钢筋混凝土墙，它既可以承受竖向荷载，又承受水平荷载作用，楼电梯间等服务性用房常位于房屋的中部，核心筒得名。

核心筒一般不单独作为承重结构，而与其他结构组合形成新的结构型式。

当把框筒结构与核心筒结合在一起时，便成为筒中筒结构。

三、框架核芯筒结构筒中筒结构外部柱距较密，常常不能满足建筑设计的要求。

有时建筑布置上要求外部柱距在4~5m 或更大，这时，周边柱已不能形成筒的工作状态，而相当于空间框架的作用。

四、多重筒结构当建筑物平面尺寸很大或当内筒较小时，内外筒之间的距离较大，即楼盖结构的跨度较大，这样势必会增加楼板的厚度或楼面大梁的高度。

为降低楼盖结构的高度，可在筒中筒结构的内外筒之间增设一圈柱或剪力墙，如果将这些柱或剪力墙连接起来使之形成一个筒体的作用。

五、束筒结构当建筑物的高度或其平面尺寸进一步加大，以致与框筒结构或筒中筒结构可以看成若干个框筒结构的组合，它就可以有效地减少外筒翼缘框架中的剪力滞后效应，使内筒或内部柱充分发挥作用。

7.2筒体结构的受力性能和工作特点筒体结构的基本特征是：水平荷载主要是由一个或多个筒体承受，筒体可以是剪力墙薄壁筒，也可以是密柱框筒。

幻灯片6筒体和理想筒体受力是有差别。

建筑结构选型07_筒体结构资料

➢简体结构的平面外形宜选用圆形、正多边形、椭圆
形或矩形，内筒宜居中，以增强筒体结构在侧向力
作用下的结构性能。因为研究表明筒体结构性能具
有形状效应，例如，对于正多边形来讲，边数越多，
剪力滞后现象越不明显，结构的空间作用越大；反
之，边数越少，结构的空间作用越差。
2020年9月11日星期五
李广军
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剪力滞后效应: 框筒结构中应力不保持直线分布的现象。理想筒体在水平力的作用下，腹板应力直线
2020年9月11日星期五
李广军
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7.5 框架-核心筒结构的布置（教材无）
➢ 由于框架-核心筒结构的柱数量少，内力大，通常柱的截面都很大，为减小柱截面，常采用钢骨混凝土、钢管混凝土等构件做成框架的柱和梁，与钢筋混凝土或钢骨混凝土实腹筒结合，就形成了混合结构。
2020年9月11日星期五
李广军
然会产生一些轴力，存在一定的空间作用。
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李广军
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7.5 框架-核心筒结构的布置（教材无）
当柱距增大到与普通框架相似时，除角柱外，其它柱的轴力将很小，通常就可忽略沿翼缘框架传递轴力的作用，而按平面结构进行分析。
框架-核心筒结构，因为有实腹筒存在，我国《高层规程》将其归入筒体结构，但就其受力性能来说，框架-核心筒结构更接近于框架-剪力墙结构，与筒中筒结构有很大的区别。
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7.5 框架-核心筒结构的布置（教材无）
框架-核心筒结构的布置除须符合高层建筑的一般布置原则外，还应遵循以下原则。
1、核心筒是框架-核心筒结构中的主要抗侧力部分，承载力和延性要求都应更高，抗震时要采取提高延性的各种构造措施。
核心筒宜贯通建筑物全高。核心筒的宽度不宜小于