第7章 筒体结构
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象？对筒体结构的受力有什么影响？ ２、框筒结构中窗裙梁的设计与普通框架梁的设
计相比有何特点？
结构上双向刚度较大
。
高层建筑与抗震设计-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 响到结构受理的合理性；
• 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。
高层建筑与抗震设计-筒体结构
四、框架-核心筒结构
高层建筑与抗震设计-筒体结构
第七章 筒体结构
高层建筑与抗震设计-筒体结构
主要学习内容
7-1 7-2 7-3 7-4 筒体结构的布置 筒体结构在侧向力作用下的受力特点 筒体结构的计算方法 筒体结构的截面设计与构造要求
高层建筑与抗震设计-筒体结构
高层建筑与抗震设计-筒体结构
内力或位移
qH 4 f (H 4 ) 8EI
吉隆坡双塔大厦
高度：452米 材料：钢筋混凝土
高层建筑与抗震设计-筒体结构
7-1 筒体结构的布置
一、核心筒结构
• 只有中部核心筒部分将承受的竖向及水平荷载传至 基础，四周均为悬挑构件。 • 核心筒结构具有较大的抗侧刚度，且受力明确，分 析方便。 • 核心筒是一个典型的竖向悬臂构件，为静定结构， 没有多余约束，缺乏第二道防线。
高层建筑与抗震设计-筒体结构
西尔斯大厦——1974年 建成，443m，110层 （美国芝加哥）
高层建筑与抗震设计-筒体结构
加强桁架
结构平面与立面
侧向力作用下柱的轴力分布 芝加哥西尔斯大厦
高层建筑与抗震设计-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
Vb 非抗震设计时： As 2 f y sin V As b RE 抗震设计时： 2 f y sin
Vb 窗裙梁的剪力设计值
高层建筑与抗震设计-筒体结构
高层建筑与抗震设计-筒体结构
4、核心筒
（1）墙肢
（2）连梁
高层建筑与抗震设计-筒体结构
习
题
１、什么是剪力滞后效应？为什么会出现这种现
– 同济大学图书馆
高层建筑与抗震设计-筒体结构
长沙黄兴路综合大楼
高层建筑与抗震设计-筒体结构
为避免核心筒结构具有较大的地震 反应，因此，结构布置时应该在筒壁 四周适当地布置一些结构洞，使筒壁
成为联肢剪力墙的结构形式，利用连
系梁梁端的塑性铰耗散地震能量，使 之出现“强肢弱梁”型的破坏形态。
高层建筑与抗震设计-筒体结构
•建筑空间较大 ，常用于办公
楼；
•建筑和造型要求 ，柱间距较
大 ，外框架形不成筒的作用； •受力性能同框架-剪力墙结构，但 柱子比框架-剪力墙结构的少而断 面大； • 要保证内筒的抗侧刚度和结构的 抗震性能。
高层建筑与抗震设计-筒体结构
五、成束筒结构
• 当建筑高度或平
面尺寸进一步加 大，以至于框筒 或筒中筒结构无 法满足抗侧刚度 要求时，可采用 成束筒结构。
q
1 M qH 2 f ( H 2 ) 2
N WH f (H )
M
H
高层建筑与抗震设计-筒体结构
早期筒体结构建筑
比萨斜塔 应 县 木 塔
建于1173－1370年
建Leabharlann Baidu1056年
早期建筑的特点：高度低， 跨度小，承载能力低，
材料为砖石和木材。
高层建筑与抗震设计-筒体结构
现代筒体 结构建筑
外框筒
内墙筒
50.4% 40.3%
2.7%
6.6%
27%
73%
高层建筑与抗震设计-筒体结构
7-3 筒体结构的计算方法
1、
2、
高层建筑与抗震设计-筒体结构
高层建筑与抗震设计-筒体结构
7-4 筒体结构的截面设计与构造要求
高层建筑与抗震设计-筒体结构
1、混凝土 筒体结构应采用现浇混凝土结构，混凝土强度 等级不低于C30。 2、外框筒 可参照一般框架梁 3、窗裙梁 • 当窗裙梁的跨高比大于1时， 可采用普通配筋； • 当窗裙梁的跨高比小于1时， 可配置交叉斜筋，每 肢交叉斜筋的总面积按下时计算：
实际应力分布
角柱处应力较大 翼缘框架 中部应力较小
材料力学解答
材料力学解答 腹 板 框 架 翼缘框架
腹 板 框 架
实际应力分布
荷载作用方 向
剪力 ：主要由腹板框架承担 ， 弯矩： 主要由翼缘框架承担
• 在框筒结构的底部，正应力在角柱增大，在中部逐渐减 架中梁的剪切变形和梁、柱的弯曲变形所造成的。 • 在框筒结构的顶部，角柱内的正应力反而小于翼缘框架 中柱内的正应力，这种现象称为负剪力滞后效应。 • 为减少剪力滞后的影响： - 可减小柱间距； -调整结构平面使之接近于正方形； - 加大窗裙梁的刚度；
高层建筑与抗震设计-筒体结构
– 水平力全部由框筒结构承担 – 中间部分的柱子主要承受轴向力 • － 减小楼盖的计算跨度 – 角柱 的作用 ：
• － 抗扭 、抗侧 － 增加刚度
高层建筑与抗震设计-筒体结构
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 撑上部的柱子。
高层建筑与抗震设计-筒体结构
• 筒体结构的内力分配： 筒中筒结构中的实腹墙筒体具有很高的抗剪承载力； 框筒结构中由于翼缘框架参加整体抗弯，因此框筒结构具有 很大的抗弯承载力；
深圳国际贸易中心大厦底层结构内力分配
内 结构 由柱或墙肢轴力形成的整体弯 由柱或墙肢弯矩所承担的局部弯 水平剪力 距 距 力
高层建筑与抗震设计-筒体结构
小，这种现象称为剪力滞后效应。这是由于腹板和翼缘框
- 控制结构的高宽比；
- 设置斜向支撑； - 设置加劲层——使框筒结构翼缘框架各柱的拉力和压力趋 于均匀，减小结构剪力滞后效应。
高层建筑与抗震设计-筒体结构
平面不同长宽比时翼缘的轴力分布
高层建筑与抗震设计-筒体结构
剪力墙结构翼缘宽度取值回顾
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
。
高层建筑与抗震设计-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
高层建筑与抗震设计-筒体结构
高层建筑与抗震设计-筒体结构
总体结构可由竖向和水平分体系 的多种组合方法组成
二、框筒结构
密柱深梁
水平荷载由框筒结构承担，房 屋中间的柱子仅承受竖向荷载
高层建筑与抗震设计-筒体结构
•
2. 框筒结构
– 满足对空间布置的要求
– 抗侧力只考虑外框筒结构承担 – 孔洞面积不宜大于立面总面积 60 ％ – 柱轴线间距 不宜大于 4.5 m ， – 窗裙横梁高 ：0.6 － 1. 2 m – 角柱的作用 ：抗扭 抗侧 － 增加刚度
高层建筑与抗震设计-筒体结构
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，角柱内产生较大的应力，因此应
使角柱具有较大的截面面积和刚度，有
时要在角柱位置上布置实腹筒（或称为 角筒）。
高层建筑与抗震设计-筒体结构
高层建筑与抗震设计-筒体结构
三、筒中筒结构
核心筒和框筒组成； 外筒：密肋框架柱 ，形成筒体； 适用于商务办公楼，有较大的环形空间； 电梯间、楼梯间等服务设施布置在核心筒内； 内筒与外筒之间的距离 不 大于 12 m； 内外筒比例合理，竖向布置均匀；
高层建筑与抗震设计-筒体结构
– 为了扩大建筑面积 ：
• 悬挑梁（桁架）－ 柱子支承在桁架上
•
•
悬挂结构
巨型 桁架
钢索
高层建筑与抗震设计-筒体结构
– 同济大学图书馆
高层建筑与抗震设计-筒体结构
– 同济大学图书馆
高层建筑与抗震设计-筒体结构
– 同济大学图书馆
预应力桁 架
内 筒
预应力 桁架
高层建筑与抗震设计-筒体结构
– 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
– 框筒总高度Ｈ的 10%
高层建筑与抗震设计-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。
高层建筑与抗震设计-筒体结构
倾 覆 力 矩 作 用 下 框 筒 的 受 力 状 态
高层建筑与抗震设计-筒体结构
基本分体系的组合可形成多种竖向结构体系
高层建筑与抗震设计-筒体结构
高层建筑与抗震设计-筒体结构
高层建筑与抗震设计-筒体结构
7-2 筒体结构在侧向力作用下的受力特点
• 材料力学中的应力分布 – 矩形 、工字形受弯构件截面的正应力分布； • 线性分布 – 距离中和轴相同距离的截面纤维应力相等。
y
高层建筑与抗震设计-筒体结构
高层建筑与抗震设计-筒体结构
筒可由多种截面形状组成
建筑物的 高度和重 量较小
高层建筑与抗震设计-筒体结构
较高
剪力墙开洞 面积<50%
剪力墙和洞
柱和抗剪核心筒
柱框架
开孔墙或框筒
填充框架
跳层桁架+柱框架
有支撑的核心筒
井筒巨型框架
筒中筒
较 高 有支撑的框架 多层支撑核心筒框架 大型柱巨型框架 成束框筒
• 2. 筒中筒结构
–
–
正应力 ：外筒承担得多 － 力臂大
翼缘承担大部分弯矩 － 轴力
–
– –
角柱发挥十分重要的作用
剪力 ： 内外筒根据刚度分配 在结构的底部 ，内筒承担了大部分剪力
– 角柱发挥十分重要的作用
高层建筑与抗震设计-筒体结构
斜撑框筒
高层建筑与抗震设计-筒体结构
广 东 国 际 大 厦 竖 向 刚 度 加 劲 层
• 翼缘宽度取值 ： – 剪力墙间距 – 门窗洞间翼墙的宽度 – 剪力墙厚度 ＋ 两侧各 6 倍翼墙厚度
四者的最小值
– 剪力墙墙肢总高度的 10%
– 混凝土结构设计规范 P 142 10.5. 3
Min(b+12h, s1/2+s2/2)
h s1 s2
高层建筑与抗震设计-筒体结构
矩形框筒结构等效槽形截面翼缘宽度取值
计相比有何特点？
结构上双向刚度较大
。
高层建筑与抗震设计-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 响到结构受理的合理性；
• 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。
高层建筑与抗震设计-筒体结构
四、框架-核心筒结构
高层建筑与抗震设计-筒体结构
第七章 筒体结构
高层建筑与抗震设计-筒体结构
主要学习内容
7-1 7-2 7-3 7-4 筒体结构的布置 筒体结构在侧向力作用下的受力特点 筒体结构的计算方法 筒体结构的截面设计与构造要求
高层建筑与抗震设计-筒体结构
高层建筑与抗震设计-筒体结构
内力或位移
qH 4 f (H 4 ) 8EI
吉隆坡双塔大厦
高度：452米 材料：钢筋混凝土
高层建筑与抗震设计-筒体结构
7-1 筒体结构的布置
一、核心筒结构
• 只有中部核心筒部分将承受的竖向及水平荷载传至 基础，四周均为悬挑构件。 • 核心筒结构具有较大的抗侧刚度，且受力明确，分 析方便。 • 核心筒是一个典型的竖向悬臂构件，为静定结构， 没有多余约束，缺乏第二道防线。
高层建筑与抗震设计-筒体结构
西尔斯大厦——1974年 建成，443m，110层 （美国芝加哥）
高层建筑与抗震设计-筒体结构
加强桁架
结构平面与立面
侧向力作用下柱的轴力分布 芝加哥西尔斯大厦
高层建筑与抗震设计-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
Vb 非抗震设计时： As 2 f y sin V As b RE 抗震设计时： 2 f y sin
Vb 窗裙梁的剪力设计值
高层建筑与抗震设计-筒体结构
高层建筑与抗震设计-筒体结构
4、核心筒
（1）墙肢
（2）连梁
高层建筑与抗震设计-筒体结构
习
题
１、什么是剪力滞后效应？为什么会出现这种现
– 同济大学图书馆
高层建筑与抗震设计-筒体结构
长沙黄兴路综合大楼
高层建筑与抗震设计-筒体结构
为避免核心筒结构具有较大的地震 反应，因此，结构布置时应该在筒壁 四周适当地布置一些结构洞，使筒壁
成为联肢剪力墙的结构形式，利用连
系梁梁端的塑性铰耗散地震能量，使 之出现“强肢弱梁”型的破坏形态。
高层建筑与抗震设计-筒体结构
•建筑空间较大 ，常用于办公
楼；
•建筑和造型要求 ，柱间距较
大 ，外框架形不成筒的作用； •受力性能同框架-剪力墙结构，但 柱子比框架-剪力墙结构的少而断 面大； • 要保证内筒的抗侧刚度和结构的 抗震性能。
高层建筑与抗震设计-筒体结构
五、成束筒结构
• 当建筑高度或平
面尺寸进一步加 大，以至于框筒 或筒中筒结构无 法满足抗侧刚度 要求时，可采用 成束筒结构。
q
1 M qH 2 f ( H 2 ) 2
N WH f (H )
M
H
高层建筑与抗震设计-筒体结构
早期筒体结构建筑
比萨斜塔 应 县 木 塔
建于1173－1370年
建Leabharlann Baidu1056年
早期建筑的特点：高度低， 跨度小，承载能力低，
材料为砖石和木材。
高层建筑与抗震设计-筒体结构
现代筒体 结构建筑
外框筒
内墙筒
50.4% 40.3%
2.7%
6.6%
27%
73%
高层建筑与抗震设计-筒体结构
7-3 筒体结构的计算方法
1、
2、
高层建筑与抗震设计-筒体结构
高层建筑与抗震设计-筒体结构
7-4 筒体结构的截面设计与构造要求
高层建筑与抗震设计-筒体结构
1、混凝土 筒体结构应采用现浇混凝土结构，混凝土强度 等级不低于C30。 2、外框筒 可参照一般框架梁 3、窗裙梁 • 当窗裙梁的跨高比大于1时， 可采用普通配筋； • 当窗裙梁的跨高比小于1时， 可配置交叉斜筋，每 肢交叉斜筋的总面积按下时计算：
实际应力分布
角柱处应力较大 翼缘框架 中部应力较小
材料力学解答
材料力学解答 腹 板 框 架 翼缘框架
腹 板 框 架
实际应力分布
荷载作用方 向
剪力 ：主要由腹板框架承担 ， 弯矩： 主要由翼缘框架承担
• 在框筒结构的底部，正应力在角柱增大，在中部逐渐减 架中梁的剪切变形和梁、柱的弯曲变形所造成的。 • 在框筒结构的顶部，角柱内的正应力反而小于翼缘框架 中柱内的正应力，这种现象称为负剪力滞后效应。 • 为减少剪力滞后的影响： - 可减小柱间距； -调整结构平面使之接近于正方形； - 加大窗裙梁的刚度；
高层建筑与抗震设计-筒体结构
– 水平力全部由框筒结构承担 – 中间部分的柱子主要承受轴向力 • － 减小楼盖的计算跨度 – 角柱 的作用 ：
• － 抗扭 、抗侧 － 增加刚度
高层建筑与抗震设计-筒体结构
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 撑上部的柱子。
高层建筑与抗震设计-筒体结构
• 筒体结构的内力分配： 筒中筒结构中的实腹墙筒体具有很高的抗剪承载力； 框筒结构中由于翼缘框架参加整体抗弯，因此框筒结构具有 很大的抗弯承载力；
深圳国际贸易中心大厦底层结构内力分配
内 结构 由柱或墙肢轴力形成的整体弯 由柱或墙肢弯矩所承担的局部弯 水平剪力 距 距 力
高层建筑与抗震设计-筒体结构
小，这种现象称为剪力滞后效应。这是由于腹板和翼缘框
- 控制结构的高宽比；
- 设置斜向支撑； - 设置加劲层——使框筒结构翼缘框架各柱的拉力和压力趋 于均匀，减小结构剪力滞后效应。
高层建筑与抗震设计-筒体结构
平面不同长宽比时翼缘的轴力分布
高层建筑与抗震设计-筒体结构
剪力墙结构翼缘宽度取值回顾
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
。
高层建筑与抗震设计-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
高层建筑与抗震设计-筒体结构
高层建筑与抗震设计-筒体结构
总体结构可由竖向和水平分体系 的多种组合方法组成
二、框筒结构
密柱深梁
水平荷载由框筒结构承担，房 屋中间的柱子仅承受竖向荷载
高层建筑与抗震设计-筒体结构
•
2. 框筒结构
– 满足对空间布置的要求
– 抗侧力只考虑外框筒结构承担 – 孔洞面积不宜大于立面总面积 60 ％ – 柱轴线间距 不宜大于 4.5 m ， – 窗裙横梁高 ：0.6 － 1. 2 m – 角柱的作用 ：抗扭 抗侧 － 增加刚度
高层建筑与抗震设计-筒体结构
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，角柱内产生较大的应力，因此应
使角柱具有较大的截面面积和刚度，有
时要在角柱位置上布置实腹筒（或称为 角筒）。
高层建筑与抗震设计-筒体结构
高层建筑与抗震设计-筒体结构
三、筒中筒结构
核心筒和框筒组成； 外筒：密肋框架柱 ，形成筒体； 适用于商务办公楼，有较大的环形空间； 电梯间、楼梯间等服务设施布置在核心筒内； 内筒与外筒之间的距离 不 大于 12 m； 内外筒比例合理，竖向布置均匀；
高层建筑与抗震设计-筒体结构
– 为了扩大建筑面积 ：
• 悬挑梁（桁架）－ 柱子支承在桁架上
•
•
悬挂结构
巨型 桁架
钢索
高层建筑与抗震设计-筒体结构
– 同济大学图书馆
高层建筑与抗震设计-筒体结构
– 同济大学图书馆
高层建筑与抗震设计-筒体结构
– 同济大学图书馆
预应力桁 架
内 筒
预应力 桁架
高层建筑与抗震设计-筒体结构
– 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
– 框筒总高度Ｈ的 10%
高层建筑与抗震设计-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。
高层建筑与抗震设计-筒体结构
倾 覆 力 矩 作 用 下 框 筒 的 受 力 状 态
高层建筑与抗震设计-筒体结构
基本分体系的组合可形成多种竖向结构体系
高层建筑与抗震设计-筒体结构
高层建筑与抗震设计-筒体结构
高层建筑与抗震设计-筒体结构
7-2 筒体结构在侧向力作用下的受力特点
• 材料力学中的应力分布 – 矩形 、工字形受弯构件截面的正应力分布； • 线性分布 – 距离中和轴相同距离的截面纤维应力相等。
y
高层建筑与抗震设计-筒体结构
高层建筑与抗震设计-筒体结构
筒可由多种截面形状组成
建筑物的 高度和重 量较小
高层建筑与抗震设计-筒体结构
较高
剪力墙开洞 面积<50%
剪力墙和洞
柱和抗剪核心筒
柱框架
开孔墙或框筒
填充框架
跳层桁架+柱框架
有支撑的核心筒
井筒巨型框架
筒中筒
较 高 有支撑的框架 多层支撑核心筒框架 大型柱巨型框架 成束框筒
• 2. 筒中筒结构
–
–
正应力 ：外筒承担得多 － 力臂大
翼缘承担大部分弯矩 － 轴力
–
– –
角柱发挥十分重要的作用
剪力 ： 内外筒根据刚度分配 在结构的底部 ，内筒承担了大部分剪力
– 角柱发挥十分重要的作用
高层建筑与抗震设计-筒体结构
斜撑框筒
高层建筑与抗震设计-筒体结构
广 东 国 际 大 厦 竖 向 刚 度 加 劲 层
• 翼缘宽度取值 ： – 剪力墙间距 – 门窗洞间翼墙的宽度 – 剪力墙厚度 ＋ 两侧各 6 倍翼墙厚度
四者的最小值
– 剪力墙墙肢总高度的 10%
– 混凝土结构设计规范 P 142 10.5. 3
Min(b+12h, s1/2+s2/2)
h s1 s2
高层建筑与抗震设计-筒体结构
矩形框筒结构等效槽形截面翼缘宽度取值