多高层建筑结构设计第9章 筒体结构设计简介[精]
复杂高层建筑结构设计
第9章 复杂高层建筑结构设计近年来，国内外高层建筑发展迅速，现代高层建筑向着体型复杂、功能多样的综合性发展。
这一方面为人们提供了良好的生活环境和工作条件，体现了建筑设计的人性化理念；另一方面也使建筑结构受力复杂、抗震性能变差、结构分析和设计方法复杂化。
因此，从结构受力和抗震性能方面来说，工程设计中不宜采用复杂高层建筑结构，但实际工程中往往会遇到这些复杂结构，如带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构和多塔楼结构等。
为了使读者对这些复杂结构有所了解，本章简要介绍其受力特点和设计方法。
9.1 带转换层高层建筑结构在同一幢高层建筑中，沿房屋高度方向建筑功能有时会发生变化。
如下部楼层用作商业、文化娱乐，需要尽可能大的室内空间，要求柱网大、墙体少；中部楼层作为办公用房，需要中等的室内空间，可以在柱网中布置一定数量的墙体；上部楼层作为宾馆、住宅等用房，需要采用小柱网或布置较多的墙体，如图9.1.1所示。
为了满足上述使用功能要求，结构设计时，上部楼层可采用室内空间较小的剪力墙结构，中部楼层可采用框架-剪力墙结构，下部楼层则可布置为框架结构。
为了实现这种结构布置，必须在两种结构体系转换的楼层设置水平转换构件，即形成带转层的结构（structure with transfer story ）。
一般地，当高层建筑下部楼层在竖向结构体系或形式上与上部楼层差异较大，或者下部楼层竖向结构轴线距离扩大或上、下部结构轴线错位时，就必须在结构体系或形式改变的楼层设置结构转换层。
9.1.1 转换层的分类及主要结构形式1. 转换层的分类（1）上、下部结构类型的转换。
在剪力墙结构或框架-剪力墙结构中，当拟在底部设置商用房或其他需要较大空间的公用房间时，可以将全部剪力墙或部分剪力墙通过转换层变为框架结构，形成底部大空间剪力墙结构，这种用下部框架柱支承上部剪力墙的结构，亦称为框支剪力墙结构。
（2）上、下部柱网和轴线的改变。
在筒中筒结构中，外框筒为密柱深梁，无法为建筑物提供较大的出入口，此时可沿外框筒周边柱列设置转换层使下部柱的柱距扩大，形成大柱网，以满足设置较大出入口的需要，但转换层上、下部的结构类型并没有改变。
高层建筑结构--筒体结构
高层建造结构--筒体结构高层建造结构--筒体结构1. 筒体结构概述1.1 定义筒体结构是指高层建造中主要采用筒体形式进行承载和支撑的结构形式。
1.2 特点筒体结构具有以下特点：- 采用筒体形式，具有较大的承载能力和稳定性；- 结构整体性强，可以有效反抗风荷载和地震力；- 建造空间布局自由度高，可以满足多种功能需求。
2. 筒体结构的设计原则2.1 强度设计原则筒体结构的强度设计原则包括荷载计算、材料选择和结构构造的合理设计。
2.2 稳定性设计原则筒体结构的稳定性设计原则包括考虑结构的整体稳定性和局部稳定性。
2.3 刚度设计原则筒体结构的刚度设计原则包括考虑结构对外荷载的响应以及结构的变形控制。
2.4 功能需求设计原则筒体结构的功能需求设计原则包括满足高层建造的使用功能和舒适性需求。
3. 筒体结构的主要构件3.1 核心筒核心筒是高层建造中最主要的承载构件，通常包括墙体、结构柱和楼梯间等。
3.2 外骨架外骨架是筒体结构中起支撑和承载作用的构件，通常采用钢结构或者混凝土剪力墙等形式。
3.3 地基地基是筒体结构的基础，起支撑和传递荷载的作用，通常包括桩基和承台等。
4. 筒体结构的施工工艺4.1 筒体结构的施工准备施工前需要进行土地勘测、地基处理和材料准备等工作。
4.2 核心筒的施工核心筒的施工包括模板搭设、钢筋绑扎和混凝土浇筑等过程。
4.3 外骨架的施工外骨架的施工包括钢结构制作、安装和焊接等工艺操作。
4.4 地基的施工地基的施工包括桩基的打桩和承台的浇筑等步骤。
5. 筒体结构的质量控制5.1 施工工艺的质量控制施工工艺的质量控制包括材料的验收、施工工序的检查和质量记录的保存等。
5.2 结构安全性的质量控制结构安全性的质量控制包括进行荷载试验、材料试验和结构监测等。
5.3 结构变形的质量控制结构变形的质量控制包括进行变形监测和控制结构的变形范围等。
6. 筒体结构的维护与修复6.1 筒体结构的日常维护筒体结构的日常维护包括表面清洁、涂层保养和设备检修等。
高层筒体结构PPT课件
思考题
• 7.1~7.6
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4、多重筒结构 内筒小，平面尺寸大，楼盖跨度大，故在 内外筒之间增设一圈柱或剪力墙并将之联 系起来形成筒。
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兰州工贸大厦 地上21层，地下2层，高93米，标准层高
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深圳北方大厦 地上25层，地下1层，高81.6米，标准层高
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5、束筒结构
• 使用条件：当建筑高度或其平面尺寸进一步加 大，以至于框筒或筒中筒结构无法满足抗侧力 刚度要求时，必须采用多筒体系
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（5）筒中筒结构的内筒宜居中，面积不宜太小，其边长可为高度的 1/12～ 1/15，也可为外筒边长的1/2～1/3，为保证足够的使用空间，一般取1/3外 筒边长；
2、内筒厚度常采用400～500mm，贯通建筑物的全高，厚度由下到上均匀减小， 保证竖向刚度宜均匀变化；
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• 两个以上框筒（或其它筒体）排列在一起成束 状，称为成束筒。
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美国西尔斯大厦 110层，443米，束筒钢结构， 1974年建成。 允许位移900mm，实测 460mm。 用钢76000吨，砼55700立方 米，安装了102部高速电梯。
1~50层
51~66层第20页/共38页67~90层
框 架 和 空 腹 筒 体
空腹筒体布置在房屋的外围， 框架布置在中间
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• 框架—筒体结构体系 南京金陵饭店 37层，108米，框架-筒体 结构，1983年建成。
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广州中信大厦 37层，322米高，97年建成
筒体结构简介PPT课件
3.影响翼缘框架发挥作用的因素： ①梁、柱刚度比 ②框筒的平面形状和高宽比。 例如：翼缘框架很长时，剪力滞后导致距离角柱过远的中 间部分柱轴力很小。 框筒高宽比比较小时，整体弯曲变形减小，水平荷载将主 要由腹板框架承担，翼缘框架轴力较小，发挥作用不大。
18
二、筒中筒结构
定义：框筒和内筒共同组成的结构，一般 内筒常常做成钢筋混凝土实腹筒。
空间结构示例
12
框筒与筒中筒结构特点及布置
实腹筒与框筒都是充分利用结构的空间性能，做成 三维受力的筒式结构。
一、框筒结构
1.水平力作用下，框筒结构中除腹板框架抵抗倾 覆力矩外，翼缘框架柱主要是通过承受轴力抵抗 倾覆力矩。
2.剪力滞后：
定义：翼缘框架中横梁的弯曲和剪切变形，使得 翼缘框架各柱轴力向中心中间递减，称为剪力滞 后现象，如图所示：
实际角柱轴向变形：
N1h
EA1
Nh
等代角柱轴向变形：
EAeq
其中：N N1 N2 Nm ，m为1/2翼缘框架柱子数目；
26
N1 ——角柱轴力； h——层高；
A1、Aeq ——原角柱与等代角柱面积；
由于以上两个δ相等，可以得到：
N
Aeq N1 A1 A1
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。
②剪力滞后导致远离角柱的柱子不能充分发挥作用， 角柱以及腹板框架必须担负更多内力。从而使得空 间作用减少，结构将耗费更多的材料。
第9章多、高层房屋结构
设计
(2)高层建筑钢结构的设计反应谱
高层建筑钢结构的设计反应谱，取阻尼比为0.02，地震影响
系数α曲线如图9.2.1所示。
α 1.35αmax
αmax
ξ（T）α
α=
Tg T
α？max
钢结构
设计
0.45αmax 0.2αmax
0.01 Tg 2Tg
3.0
T(s) 6.0
高层建筑钢结构的地震影响系数 α-地震影响系数;αmax -地震影响系数最大值；T-结构自振周期； Tg
钢结构
设计
得到的顶层侧移值。
— t—计算周期修正系数，可取 t 0。.9
采用底部剪力法时，突出屋面小塔楼的地震作用效应 宜乘以增大系数3。增大影响宜向下考虑1～2层，但不 再往下传递。
振型分解反应谱法 不符合底部剪力法适用条件的其他高层钢结构，宜采
用振型分解反应谱法。 对体型比较规则、简单，可不计扭转影响的结构，振
则的高层建筑。底部剪力法根据建筑物的总重力荷载计
算结构底部的总剪力，然后按一定的比例分配到各楼层。
得到各楼层的水平地震作用后，即可按静力方法计算结
构的内力。
采用底部剪力法计算水平地震作用时，各楼层可仅按
一个自由度计算，见图9.2.3。
与结构的总水平地震作用等效的底部剪力标准值按照
下式计算：
钢结构
设计
—s 风荷载体型系数；
—z 顺风向 高z度处的风振系数。
以上参数的取值，可按照《建筑结构荷载规范》或 《高层建筑钢结构技术规程》的有关规定取用。
钢结构
设计
注意：当高层建筑主体结构顶部有突出的小体型建筑(如 电梯机房等)时，应计入“鞭梢效应”。一般可根据小体 型建筑作为独立体时的自振周期T u 与主体建筑的基本周期 T 1的比例，分别按下列规定处理：
高层建筑结构设计 第09章 筒体结构设计介绍
本章结束
对筒中筒结构，将总的水平力按框筒刚度EIe与内 筒刚度EIw的比例进行分配，可求得外框筒所承担 的水平力，从而计算这水平力在框筒各楼层产生 的剪力V和倾覆力矩M。如果只有外框筒，则水平 力全部由外框筒承受。
把框筒作为整体弯曲的双槽形截面悬臂梁，可得
槽形截面范围内柱和裙梁的内力计算公式
Nci
Myi Ie
一、筒体结构的分类
• 筒体结构可根据平面墙柱构件布置情况分为 下列6种：
• （1）、筒中筒结构，它由中部剪力墙内筒和周 边外框筒组成。内筒利用楼电梯间、服务性房间 的剪力墙形成薄壁筒,外筒由周边间距一般在3米 以内的密柱和高度较高的裙梁所组成，具有很大 的抗侧力刚度和承载力。密柱框筒在下部楼层， 为了建筑外观和使用功能的需要可通过转换层变 大柱距。
提高框架一核心筒结构抗倾覆 力矩能力的方法
主要抗侧力单 元与荷载方向 平行，其中②、 ③轴框架一剪 力墙的抗侧刚 度大大超过①、 ④轴框架。也 就是说，设置 楼板大梁的框 架一核心筒结 构传力体系与 框架一剪力墙 结构类似。
9.2 简体结构的简化计算方法
• 筒体结构是空间整体受力，而且由于薄壁 筒和框筒都有剪力滞后现象，受力情况非 常复杂。为了保证计算精度和结构安全， 筒体结构整体计算宜采用能反映空间受力 的结构计算模型，以及相应的计算方法。 一般可假定楼盖在自身平面内具有绝对刚 性，采用三维空间分析方法通过计算机进 行内力和位移分析。
• 由于剪力滞后，框筒结构中各柱的竖向压 缩量不同，角柱压缩变形最大，层双向附加构造钢筋 （图9.6），对防止楼板角部开裂具有明显 效果，其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
12-2010,10,29筒体结构及巨型结构体系
（三）框-剪体系的剪力墙布置
►
（4）在两片剪力墙（或两筒体）之间布置框架时，楼盖必须有 足够的平面内刚度，才能将水平剪力传递到两端的剪力墙上 去，发挥剪力墙为主要抗侧力结构的作用。
一般现浇钢筋混凝土楼盖L／B不能大于4.0； ► 装配式钢筋混凝土楼盖L／B不能大于3.0；
►
两种框架-剪力墙体系结构布置方式
筒中筒结构
► 筒中筒结构：薄壁内筒与密柱外框
筒相结合 ► 内筒体：筒体与竖向通道结合 ► 外筒体：密柱外框筒，与建筑立面 结合 ► ３０层以上，不宜超过８０层
筒体结构的布置
► 核心筒结构的布置 ► 框筒结构的布置 ► 筒中筒结构的布置 ► 框架—核心筒结构的布置 ► 成束筒结构的布置 ► 多重筒结构的布置
内筒体
中央核心筒式 利用房屋中的电梯井、楼梯间、管道井以及服务间作 为核心筒体
外筒体
尽端核心筒式 利用房屋中的电梯井、 楼梯间、管道井以及服 务间作为核心筒体
外筒体
利用四周外墙作为外筒体，形成 外筒的墙是由外围间距较密的 柱子与每层楼面处的身量刚性 连接在一起组成矩形网格样子 的墙体－－框架筒 外围柱距：１．２２－３ｍ 深梁高度：６０ｃｍ－１２２ｃ ｍ ３０层以下
框架—核心筒结构的布置
这时，周边柱子已不能形成筒的工作状态， 而相当于框架的作用。这类结构称为框架-核 心筒结构
► 有时建筑布置上要求外部柱距在4~5m或更大。
成束筒结构的布置
► 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，可采用束筒结构(也称组合筒或模 数筒)，如图所示。
► 框筒结构外筒框距较密，常常不能满足建筑
使用要求。为扩大底层柱距，减少底层柱子 数，常用巨大的拱、梁或桁架等支承上部的 柱子
高层民用建筑筒中筒结构体系简析
高层民用建筑筒中筒结构体系简析发表时间：2016-09-06T10:38:39.117Z 来源：《基层建设》2015年36期作者：吕毅[导读] 随着我国城市化进程的不断深入推进，高层与超高层建筑也越来越常见。
咸阳市规划设计研究院陕西咸阳 712000 摘要：随着我国城市化进程的不断深入推进，高层与超高层建筑也越来越常见。
作为一种在技术层面上性能优良的结构体系，筒中筒结构本身有着良好的抗震性能和抵抗风力荷载的性能，也因为其具有这样的优点，筒中筒结构体系在高层与超高层民用建筑中获得了较为广泛的应用。
本文简要阐述了高层与超高层民用建筑筒中筒结构体系的特点，并着重对其布置要点及该结构自身具有的优缺点进行了分析。
关键词：高层建筑；筒中筒结构；优缺点 1 引言随着计算机技术的不断发展、结构设计方法与理论的不断完善，高层与超高层民用建筑也越来越常见。
作为一种特殊的建筑结构，高层民用建筑通常需要更强的抵抗外部荷载的能力，因此高层与超高层建筑选用怎样的建筑结构体系就需要我们进行深入的分析和认真的考量。
本文，我们将着重探讨筒中筒结构体系。
2 筒中筒结构特征与简介由于高层与超高层民用建筑需要考虑地震力、风荷载等一些水平力对结构安全性能的影响，所以高层民用建筑必须要具备足够的承载能力、极强的抗震性能并要保证其造价不至于过高。
高层与超高层建筑目前采用的结构体系大致有四种，分别为框架简体结构、矩形框架结构、束简结构以及筒中筒结构体系。
而筒中筒结构又因其自身所具有的独特优势而被最广泛的采用。
高层民用建筑筒中筒结构体系分为外筒与内筒双层筒体结构，其中内筒又分为三种，分别为钢框筒、双格筒与析架筒。
外筒分两种，分别为钢筋混凝土墙筒和析架筒。
如果建筑物很高，则可通过在内筒和外筒中间设置一个伸臂析架以减少建筑物发生侧方位移。
若在水平载荷加载作用下，一般内筒是以弯曲状态为主，而外筒则是以剪切形式为主。
内外筒之间用楼板与外伸臂析架相互扶助。
高层建筑结构设计第9章复杂高层建筑结构设计
体结构内力分析。采用杆系模型时，墙肢作为柱单元考虑，转 换梁按梁模型处理，在上部剪力墙和下部柱之间设置转换 梁 ，墙肢与转换梁连接，如图所示。
但该模型没考虑转换梁与上部墙体的共同工作，所得内 力与按有限元计算结果相差较大。为反映转换梁上部墙肢的 传力途径，可即增加“虚柱”单元，虚柱的截面宽度取上部 墙体厚度，虚柱的截面高度取下部支承柱的截面高度，与虚 柱相连接的梁为“刚性梁”。这样，转换梁上部结构竖向荷 载通过“刚性梁”按刚度分配给各墙肢及虚柱，再向下部框 支柱上传递。
用加强层予以加强。加强层构件有三种：伸臂、腰桁架和帽桁
架、环向构件。
1. 伸臂
当框架-核心筒结构的侧向刚度不满足设计要求时，可沿 竖向利用建筑避难层、设备层空间，设置适当刚度的水平伸 臂构件，构成带加强层的高层建筑结构。
2. 腰桁架和帽桁架 筒中筒结构或框架-筒体结构，由于内筒与周边柱的竖向
变形不同，内、外构件的竖向变形差会使楼盖构件产生变形 和相应的应力。为减少内、外构件竖向变形差带来的不利影 响，可在内筒与外柱间设置刚度很大的桁架或大梁，以调整 内、外构件的竖向变形。
9.1.1 转换层的分类及主要结构形式
1. 转换层的分类
(1) 上、下部结构类型的转换。如剪力墙结构中，当底部设置商用 房或需要较大空间的公用房间时，可将全部剪力墙或部分剪力墙通 过转换层变为框架结构，形成底部大空间剪力墙结构。 (2) 上、下部柱网和轴线的改变。如筒中筒结构中，外框筒为密柱 深梁，无法满足较大出入口要求，可沿外框筒周边柱列设置转换层 使下部柱的柱距扩大，形成大柱网。 (3) 上、下部结构类型和柱网均改变。如框支剪力墙结构中，上部 楼层为住宅，采用剪力墙结构，下部楼层为商用房，采用大空间轴 线布置的框架结构。这种结构体系不仅上、下部结构类型不同，且 上、下部的轴线也不一定对齐，需要设置转换层来实现力的传递。 实际中的带转换层高层建筑结构多为这种情况。
高层建筑结构--筒体结构
。
高层建筑结构设计
筒体结构
• 如内筒过大，内外筒之间的使用面积减小，影响
建筑的使用效益； • 内筒过小，则结构的抗侧刚度变小，影响到结构 受力的合理性； • 一般为内筒边长是外筒边长的1/3左右； • 内筒宜贯通建筑物全高，竖向刚度宜均匀分布。
高层建筑结构设计
筒体结构
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
h s1 s2
高层建筑结构设计
筒体结构
矩形框筒结构等效槽形截面翼缘宽度取值
框筒腹板框架全宽Ｂ的１/２
框筒翼缘框架全宽Ｌ的１/３
三者的最小值
Байду номын сангаас
框筒总高度Ｈ的 10%
高层建筑结构设计
筒体结构
剪力 主要由腹板框架承担； 腹板框架中部柱承担的剪力较大。
高层建筑结构设计
筒体结构
倾 覆 力 矩 作 用 下 框 筒 的 受 力 状 态
高层建筑结构设计
筒体结构
六、多重筒结构
• 当建筑平面尺寸
很大或当内筒较
小时，内外筒之 间的距离较大， 使楼板加厚或楼 面大梁加高，可
在中间加设一圈
柱子或剪力墙。 形成多重筒结构 。
高层建筑结构设计
筒体结构
七. 其他
角部形成筒结构： 增加结构角部 抗侧力结构刚度
增加结构整体抗
侧力结构刚度 例 ：日本新都厅
高层建筑结构设计
筒体结构
广东国际大厦，63层，200m，钢筋混凝土内筒体，外筒由 钢骨混凝土和钢柱组成
高层建筑结构设计
筒体结构
四、框架-核心筒结构
• 建筑空间较大 ，常用于办公楼；
高层建筑结构设计筒体结构设计
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
9、筒体结构
筒中筒结构
二、结构布置
1. 筒中筒结构的平面外形宜选用圆形、正多边形等，内筒居中， 矩形平面的长宽比不宜大于2；
2. 内筒变长可为高度的1/12~1/15，内筒宜贯通全高；
3. 三角形平面宜切角，外框筒切角长度不宜小于相应边长的1/8， 内筒切角长度不已小于相应边长的1/10；
4. 外筒布置柱距不宜大于4m，柱截面长边应沿筒壁方向布置；
3）楼板在自身平面内的刚度假定
i）刚性楼板假定
设计中应采取措施保证楼板整体刚度。下列情况宜考虑变形影响： 楼板整体性较弱；有大开孔；楼板有较长的外伸段；
作为转换层的楼板。
ii）弹性楼板假定
局部楼板有大开孔、较长的外伸段时，宜按弹性楼板考虑。
4）空间分析时构件的各种变形影响
剪切变形、扭转变形——梁、柱、剪力墙均要考虑； 轴向变形——柱、墙要考虑，梁视具体情况决定； 翘曲变形——薄壁柱模型。
实腹筒体墙总高度的1/10。
2. 估算框筒梁柱截面的槽形截面法
L
1）等效槽形截面
有效翼缘宽度取下列最小值： 框筒腹板框架全宽B的1/2；
等效槽形截面
B
框筒翼缘框架全宽L的1/3；
框筒总高度的1/10。
2）整体弯曲内力
2 J J A y 组合截面惯性矩为： F cj cj j j 1 j 1 m m
转换层设置在3层或3层以上时，应使下部楼层侧向刚度D下≥0.6D上；
三、带加强层的结构 1. 带加强层结构的形成 1）主要用于框架—核心筒结构及筒中筒结构体系中。通过设置 加强层使内外体系更好地共同工作，减小层间位移角及位移； 2）常利用建筑避难层和设备层设置加强层，在该层内设置水平 伸臂结构，必要时再设置周边水平环带构件；
试论高层建筑框架筒体结构设计
试论高层建筑框架筒体结构设计摘要：随着城市化步伐的不断加快，我国高层建筑蓬勃发展，随着建筑高度的增加，水平作用的影响相对增大，结构的侧向变形也随着增大。
筒体结构是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。
筒体可分为筒结构和框架一筒体结构。
本文结合某高层建筑工程实例，对框架筒体结构选型、平面及竖向结构布置、构造措施以及结构概念设计等进行了分析。
关键词：高层建筑；框架筒体结构；设计引言：21世纪以来世界各地已建和在建的超高层建筑日益增多，同时又朝着体型复杂，功能形态多样的综合性方向发展，也为建筑结构的设计提出了更高的要求。
高层建筑框架—筒体结构体系中的框架部分与框架—剪力墙体系一样可以满足建筑的灵活布置及较大的空间，还由于筒体本身的空间效应使其抗侧刚度远大于一般的框架剪力墙中的剪力墙，另外由于框架部分通常距筒体不远，且沿筒体周边布置，其空间效应也优于框架剪力墙结构，使得高层建筑框架筒体结构能够承担较大的水平效应，并在经济上优于框架剪力墙结构。
1、工程概况及结构布置1.1工程概况本工程为上海某商业办公发展项目，本项目地块呈“L”型，外包尺寸约134m×126m，总用地面积约16000m2，总建筑面积约14万5千平方米，其中地上建筑面积约10万3千平方米，地下建筑面积约4万2千平方米。
本工程建筑群包括：二栋高层办公楼（简称塔1、塔2），一栋公寓式办公楼（简称塔3）及一栋两层商业组成的商业办公发展项目。
本文依据塔3楼的设计过程进行试论高层建筑框架筒体结构设计。
塔3楼坐落在整体地下室西南区，地下3层（局部设一夹层）、地上27层加设备层，主屋面高98.5m，地上1层和2层平面接近矩形，外包轴线尺寸约53.96m×32.45m；设备层～11层平面呈L形；12～27层平面呈矩形，平面尺寸约53.96m×19m；地上1层和2层层高均4.5m，设备层层高2.19m，3～19层层高均3.45m，20～26层层高均3.5m；上部建筑采用钢筋混凝土框架-双筒结构，双筒偏置北侧。
高层建筑结构设计筒体结构设计
配筋设计
根据荷载分析和结构分析结果， 对筒体结构的受力钢筋进行详细 设计，包括直径、间距、锚固方 式等。
构造措施
根据实际情况采取适当的构造措施 ，如增设构造钢筋、增加边缘构件 等。
抗震设计
地震烈度区划
根据地震烈度区划图确定建筑 所处地区的地震烈度，为抗震
设计提供依据。
地震烈度指标
结构加固
随着时间的推移，筒体结构的材料 会逐渐老化，需要进行必要的加固 和维护。
防雷接地
筒体结构需要设置防雷接地装置， 以避免雷击对建筑物造成损害。
防水处理
筒体结构需要进行防水处理，以避 免水对建筑物造成损害。
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施工质量控制
质量管理体系建设
建立完善的质量管理体系，包 括质量管理制度、质量保证体
系、质量监督机制等。
施工过程质量控制
对施工过程进行全面质量控制， 包括基础工程、主体结构等各分 部分项工程的质量控制。
成品保护
对已完成的工程进行保护，防止损 坏或污染。
06
筒体结构的经济性能和维护管理
筒体结构的经济性能
按平面形状分类
可分为圆形筒体结构、方形筒 体结构和多边形筒体结构等。
按构造形式分类
可分为组合筒体结构、装配式 筒体结构和现浇整体式筒体结
构等。
02
筒体结构的组成和受力分析
筒体结构的组成
01
02
03
核心筒
由楼板和剪力墙围成的区 域，具有较高的强度和刚 度，是筒体结构的主体。
外框架
由梁、柱和楼板组成的结 构，起到支撑和稳定作用 。
降低成本
筒体结构的设计和施工相对简 单，可以降低建筑物的建造成 本和设计难度，提高施工效率
筒体结构设计
（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
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
外框筒 50.4% 内筒 40.3%
由柱及墙肢的弯曲所承担的弯矩
外框筒 2.7% 内筒 6.6%
深圳国贸中心一层剪力分配比例
1
N N
N2
由
，可得：
Acj N A N1
c
4.5
Ac
4 3 2 1
l=2m 5m l=2. 3m l= m .5 4m 3 = l l=
0.01 0.02 0.03
式中
Cn F1 / F2
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。
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： （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；
图 5
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。 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。
c
V A c,I c
x
V
D Ic
V
t2 / 2
z
Aj
hb h
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• (4)高宽比 • 一般情况下H/B宜大于4，至少不小于3，且筒体
结构的高度不宜低于60m。 • (5)楼板方案的选择 • 常用形式 • ①梁板体系 • ②扁梁梁板体系 • ③密肋楼盖 • ④平板体系 • ⑤预应力平板体系 • 角区楼板大体有3种布置方式(图9-4)。 • A.角部布置斜梁 • B.单向密肋楼盖 • C.角区双向密肋楼盖
图9-1 筒体结构的类型
图9-2 筒体的受力特点
图9-3 转换梁
• (2)内外筒尺寸的比例
• 内筒的边长可为高度的1/10～1/15，对于三 角形平面宜切角，外筒的切角长度不宜小 于相应边长的1/8；内筒的切角长度不宜小 于相应边长的1/10。
• (3)构件截面尺寸
• 1)内筒
• 内筒的筒墙厚度一般较大，可为350mm以 上，一般采用400～500mm。内筒其他墙厚 一般为200～250mm。 如果刚度不够，则内 筒除筒墙外，可以适当加厚几道主要的其 他墙。
图9-4 角区楼面布置
• 9.3 筒体结构分析方法 • (1)等效槽形截面的近似估算方法 • 1)等效槽形截面 • 2)整体弯曲内力 • 组合截面惯性矩
• 框筒柱的轴力和梁的剪力分别为
• 框筒梁的弯矩： • 3)框的弯矩和剪力 • 框筒柱的剪力： • 框筒柱的弯矩： • (2)展开平面框架法
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图9-5 矩形筒体的等效槽形截面
• 本方法只能通过计算机程序实现，用杆系 有限元矩阵位移法计算，是目前用得最多 的方法。
• 第9章 筒体结构设计简介
• 9.1 筒体结构分类及受力特点
• 9.2 结构布置及截面尺寸
• 9.2.1 结构的竖向布置
• 9.2.2 平面形状和尺寸
• (1)平面形状
• 筒体结构宜采用简单的平面形状，对于筒中筒和 框架-筒体结构，首先考虑有双对称轴的圆形、正 方形、矩形和正多边形平面，其次为正三角形、 截角三角形平面等，内筒宜居中，矩形平面的长 宽比不宜大于2。
图9-6 展开平面框架法
图9-7 角柱计算图形
• (3)三维空间分析方法
• 将框筒的梁柱简化为带刚域杆件，按空间 杆系方法求解，每个结点有6个自由度。将 内筒视为薄壁杆件，外筒与内筒通过楼板 连接协同工作。通常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。