高层框架筒体结构

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钢与混凝土混合结构概述
钢与混凝土混合结构的应用
台北101大厦(508m) 采用钢管混凝土巨型框架体系
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钢与混凝土混合结构概述
钢与混凝土混合结构的应用
武汉国际证券大厦（331.3m) 边柱采用方、矩形钢管混凝土柱
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筒体结构 概念
以一个或多个筒体来抵抗水平力和竖向荷载的结
到多自由度结构的内力与位移，振型组合采用的方法是从概率统计
方法得到的，计算粗糙 （3）未考虑结构可能出现的塑形和塑形变形的积累过程
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结构的静力弹塑性分析
基本原理
静力弹塑性分析是在结构上施加一组静力（竖向荷载和
水平荷载），考虑构件从开裂到屈服，刚度逐步改变的 弹塑性计算方法。计算时竖向荷载不变，水平荷载由小 到大逐步加载，每一步会有部分构件屈服，屈服的构件 需要改变刚度，重新建立刚度矩阵，在增量荷载作用下
型钢（钢管）混凝土框架—钢筋混凝土筒体 混合结构在高层建筑设计中的应用与研究
讲课内容
第一部分 第二部分
钢与混凝土混合结构概述 高层结构的抗震设计理论和方法
工程实例分析
第三部分
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钢与混凝土混合结构概述
混合结构：不同材料的构件共同组成的结构。
钢-混凝土混合结构：钢（或其他组合构件）与钢筋混凝
不对称、不均匀的结构以及高度超过100m的高层建筑
结构应采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法
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结构的弹性分析
振型分解反应谱法
进行非耦联分析时先求出各振型等效地震荷载后，按静
力法分别计算各个振型的内力，然后按照平方和的平方 根法进行确定：
其中m为参加组合的振型数目； Sj为由第j振型等效地震荷载求出的弯矩、剪力、轴力或位移 S为振型组合后的弯矩、剪力、轴力或位移
外筒体：密柱外框筒，与建筑立面结合
筒体结构
3、框架－核心筒体系
由若干个框架和筒体共同承重的结构体系 类型：框架和实腹筒体(框架-核心筒结 构）、框架和空腹筒体（外筒内框结构）
框 架 和 实 腹 筒 体
利用电梯间、楼梯间、设备间 等的墙比做为筒体的实腹体壁
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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结构的弹性分析
振型分解反应谱法
进行耦联分析时要考虑各振型间的相互影响（CQC）：
其中ρjr为j振型与r振型的耦联系数 λt为由第j振型与r振型的周期比
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结构的弹性分析
振型分解反应谱法
考虑双向水平地震作用下的扭转地震作用效应，按下列
公式取较大值：
其中sx为仅考虑x向水平地震作用时的地震作用效应 sy为仅考虑y向水平地震作用时的地震作用效应
反应谱法是用动力方法计算质点体系地震反应，建立反
应谱；再用加速度反应谱计算结构的最大惯性力作为结 构的等效地震荷载，然后按静力方法进行结构计算及设 计的方法。 质点的运动方程：
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结构的弹性分析
如果地面运动已知，便可求出质点的位移、速度、加速度 反应，反应最大值分别表示为Sd、 Sv、 Sa,当质点体系的自
筒体结构
金茂大厦内部结构
筒体结构
香港中环中心广场 60层，374米，92年建成。
筒体结构
马来西亚双塔楼 88层，450米，框—筒结构，1996年建成。
筒体结构
框架-核心筒结构可以做成钢筋混凝土结构、钢结构或混
合结构。
在钢筋混凝土框架-核心筒结构中，外框架由钢筋混凝土
梁和柱组成，核心筒采用钢筋混凝土实腹筒；
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钢与混凝土混合结构概述
钢与混凝土混合结构的应用
杭州瑞丰国际商务大厦（2001） 采用矩形钢管混凝土框架-筒体结构 是我国第一幢采用矩形钢管混凝土结构的高 层建筑
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钢与混凝土混合结构概述
钢与混凝土混合结构的应用
深圳帝王商业大厦（325m） 主楼采用矩形钢管混凝土柱为主体的芯筒-框 架体系
筒体结构
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 两个以上框筒（或其它筒体）排列在一起成束 状，称为成束筒。
筒体结构
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。
钢与混凝土混合结构构造的基本原则
1.实现预期的结构力学模型的原则(承载力大，刚度大，抗
震性能好） 2.充分发挥钢—混凝土混合结构的抗震性能的原则（型钢的 配臵是结构强度安全、延性抗震的主要因素) 3.良好的耐久性和耐火性原则(保护层厚度） 4.优化设计原则（截面尺寸大小、经济造价的高低，施工工 作量）
再进行分析，得到的结果叠加在前一步的计算结果上，
如此逐步计算，直到结构达到其极限承载力或极限位移 ，结构倒塌。（推覆分析）
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结构的静力弹塑性分析
基本步骤
第一部分：建立侧向荷载作用下结构荷载-位移曲线图
第二部分：对结构抗震能力的评估
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结构的静力弹塑性分析
建立侧向荷载作用下结构荷载-位移曲线图
筒体结构
筒体结构
筒体结构的类型
按筒体布置形式和数目的不同，可将筒体结 构划分为框筒结构、筒中筒结构和框架-核心 筒结构、多重筒结构、束筒结构。
筒体结构
1、框筒：周边密集的柱和高跨比很大的窗裙梁。
剪力墙构成的薄壁筒 密排柱及深群梁组成的框筒
筒体结构 2、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
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结构的静力弹塑性分析
建立侧向荷载作用下结构荷载-位移曲线图
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结构的静力弹塑性分析
建立侧向荷载作用下结构荷载-位移曲线图
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结构的静力弹塑性分析
结构抗震能力的评估
通过推覆分析得到的荷载-位移曲线后，还不能立即用图
制作简便，承载能力大
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钢与混凝土混合结构概述
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钢与混凝土混合结构概述
钢与混凝土混合结构的类型
2. 钢管混凝土组合结构：由混凝土填入薄壁型钢内而形
成的组合结构材料，按截面形状的不同分为圆钢管混凝 土、方钢管混凝凝土，矩形钢管混凝土及多边形钢管混 凝土。
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钢与混凝土混合结构概述
数α作为设计反应谱曲线
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结构的弹性分析
等效地震荷载计算
通过加速度反应谱将地震惯性力处理成等效水平地震荷 载，按x、y两个方向分别计算地震作用。具体计算方法 又分为反应谱底部剪力法和反应谱振型分解法两种方法 。少数情况下需要采用弹性时程分析法做补充计算。
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结构的弹性分析
在钢结构中，外框架由钢梁、钢柱组成，内部采用有支
撑的钢框架筒。
筒体结构 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。
筒体结构
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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结构的弹性分析
反应谱法的优缺点
优点：通过反应谱值将结构的动力反应转化为作用在结构上的静力
，计算容易，加速度反应谱值是加速度反应的最大值，用它设计一 般是安全的。 缺点：（1）只考虑了地面运动中的加速度分量
（2）反应谱是通过单自由度体系计算得到的，应用在多自由度体系时
，只能将结构分解为许多独立的振型，每个振型作为一个单自由度 结构，得到对应的反应谱值和对应的惯性力，然后通过振型组合得
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钢与混凝土混合结构概述
钢与混凝土混合结构的类型
1.型钢混凝土组合结构（SRC)：以型钢为钢骨并在周围
配臵钢筋和混凝土的埋入式组合结构体系 型钢可分为实腹式和空腹式两大类。 实腹式型钢常用截面有I、H、L、T、十字形以及矩形和圆 形钢管等。 空腹式型钢一般由缀板或缀条连接角钢或槽钢组成 空腹式型钢比较节省材料，但制作费用较多，实腹式型钢
构——筒体结构。
空间薄壁筒体——平面剪力墙组成
空间密柱框筒——柱距很小的框架柱组成
框架、剪力墙以及框架-剪力墙——平面工作状态
筒体结构——空间整体受力
筒体结构
特点： 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； 筒体结构具有造型美观、受力合理、使用灵活，以及整体性 强等优点，适用于高层和超高层建筑。目前全世界最高的100 幢高层建筑约三分之二以上采用筒体结构，国内百米以上的 高层建筑有一半以上采用筒体结构。
振周期改变时，就会得到不同的最大反应值，画出Sd、 Sv
、 Sa与周期的关系曲线，就得到位移反应谱、速度反应谱
和加速度反应谱。
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结构的弹性分析
抗震设计反应谱法
最大惯性力：
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结构的弹性分析
我国抗震规范根据255条地震加速度记录计算得到的反
应谱曲线，经过处理后得到的标准反应谱地震影响系
1~50层
51~66层
67~90层
91层以上
讲课内容
第一部分 第二部分
钢与混凝土混合结构概述 高层结构的抗震设计理论和方法
工程实例分析
第三部分
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结构的弹性分析
地震作用的特点及抗震设防目标
地震时，地震释放的能量以地震波的形式向四周扩散，到达地面后引
起地面运动，并通过房屋影响上部结构，使结构产生动态作用，这就 是地震作用。（水平地震作用）
1.准备结构数据：包括建立结构的计算模型、构件的物
理参数和力-变形关系。 2.确定侧向荷载的分布形式 3.侧向荷载增加到最薄弱的构件达到刚度发生明显的变 化，一般达到结构屈服荷载或构件达到屈服承载力，对 屈服后的构件刚度予以修正，继续加载 4.重复步骤3，直到更多构件达到屈服承载力
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结构的静力弹塑性分析
建立侧向荷载作用下结构荷载-位移曲线图
5.所有加载阶段构件内力和变形都应记载下来，以期获
得各个阶段所有构件的总内力和变形（弹性和塑形） 6.加载过程继续到结构性能达到不可接受的水平，或者 顶点位移超过设计地震作用下控制点处的最大位移 7.做出控制点处的位移和底部剪力在不同加载阶段的关 系曲线作为代表结构的非线性反应图
反应谱底部剪力法
我国《建筑抗震设计规范》、《高层建筑混凝土结构技
术规程》规定：高度不超过40m、以剪切变形为主且质 量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质 点体系的结构，可以采用底部剪力法等简化方法
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结构的弹百度文库分析
反应谱底部剪力法
当结构基本周 期较长，场地 特征周期较小 时，计算所得 的结构顶部地 震作用偏小 T1>1.4Tg
地震作用使建筑物产生的运动称为地震反应，包括位移、速度、加速
度，加速度将产生很大的内力和变形。 地面运动特性可以用三个特征量描述：强度、频谱、持续时间 房屋的动力特性指房屋的自振周期、振型、阻尼 抗震设防目标（三水准设防目标）：小震不坏，中震可修，大震不倒
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结构的弹性分析
抗震设计反应谱法
筒体结构
筒体结构
筒体结构
南京金陵饭店 37层，108米，框架-筒体 结构，1983年建成。
筒体结构
广州中信大厦 37层，322米高，97年建成
筒体结构
上海金贸大厦采用的是框架 －核心筒结构，建筑物88层 ，高420.5米。钢筋混凝土核 心筒呈八角形，周边8根钢骨 混凝土柱底部截面1.5mX5m ，柱中配置2根焊接H型钢。
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结构的弹性分析
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结构的弹性分析
振型分解反应谱法
我国《建筑抗震设计规范》规定：除高度不超过40m、
以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结 构，以及近似于单质点体系的建筑结构，宜采用振型分 解反应谱法。《高层建筑混凝土结构技术规程》规定： 高层建筑结构宜采用振型分解反应谱法。对质量和刚度
土组成。与四大结构并列扩展成为五大结构 优点： 与钢筋混凝土结构对比： 1.结构构件尺寸小，占用建筑面积和净高小 2.结构自重轻，降低基础造价 3.施工速度快
4.抗震性能好
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钢与混凝土混合结构概述
优点：
与钢结构对比：
1.用钢量少 2.整体刚度好 3.结构防火防腐性能好 PS：钢与混凝土混合结构目前应用最多的就是钢筋混凝 土筒体与型钢混凝土、钢管混凝土框架组成的结构