筒体结构

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两个结构顶点位移与结构基本自振周期的比较表明，与 筒中筒结构相比，框架一核心筒结构的自振周期长，顶 点位移及层间位移都大，说明框架一核心筒结构的抗侧 刚度远小于筒中筒结构。
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下表给出了筒中筒结构与框架-核心筒结构的内力分配比 例。由表可知，框架一核心筒结构的实腹筒承受的剪力占 总剪力的80.6%，倾覆力矩占73.6%，比筒中筒的实腹筒 承受的剪力和倾覆力矩所占比例都大；筒中筒结构的外框 筒承受的倾覆力矩占66%，而框架一核心筒结构中，外框 架承受的倾覆力矩仅占26.4%。上述比较说明，框架一核 心筒结构中实腹筒成为主要抗侧力部分，而筒中筒结构中 抵抗剪力以实腹筒为主，抵抗倾覆力矩则以外框筒为主。
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上图为筒中筒结构与框架-核心筒结构翼缘框架柱 轴力的比较，由图可知，框架一核心筒的翼缘框 架柱轴力小，柱数量又较少，翼缘框架承受的总 轴力要比框筒小得多，轴力形成的抗倾覆力矩也 小得多；框架-核心筒结构主要是由①、④轴两片 框架(腹板框架)和实腹筒协同工作抵抗侧力，角 柱作为①、④轴两片框架的边柱而轴力较大；从 ①、④轴框架抗侧刚度和抗弯、抗剪能力看，也 比框筒的腹板框架小得多。因此框架一核心筒结 构抗侧刚度小得多。

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8.1框筒、筒中筒和束筒结构的布置
框筒结构具有很大的抗侧移和抗扭刚度，又可增 大内部空间的使用灵活性，对于高层建筑，框筒、 筒中筒、束筒都是高效的抗侧力结构体系。 （1）筒体结构的性能以正多边形为最佳，且边数 越多性能越好，剪力滞后现象越不明显，结构的 空间作用越大。结构平面布置应能充分发挥其空 间整体作用。平面形状以采用圆形和正多边形,也 可采用椭圆形或矩形等其他形状，当采用矩形平 面时，其平面尺寸应尽量接近于正方形，长宽比 不宜大于2。 （2）筒体结构的高宽比不应小于3，并宜大于4， 其适用高度不宜低于60m，以充分发挥筒体结构 的作用；
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8.3 筒体结构的受力与变形特点
具有较大的抗弯刚度EI，它比单片剪力墙的抗弯刚度要大 得多。 在水平荷载作用下，腹板墙体主要承担水平剪力，翼缘墙 体承担弯矩。 由于翼缘墙体有较大的截面抗拉、抗压，力臂接近于墙间 距离B。

理想拉压应力分布
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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（通常内筒承担大部分） 弯矩——翼缘框架（外筒大） 变形特点——剪弯型
第8章筒体结构设计
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筒体结构具有造型美观，使用灵活，受力合理， 以及整体性强等优点，适用于较高的高层建筑。 筒体结构包括框筒、筒中筒、束筒结构以及框架 一核心筒结构等，其中框架一核心筒结构虽然都 有筒体，但是这种结构与框筒、筒中筒、束筒结 构的组成和传力体系有很大区别，需要了解它们 的异同，掌握不同的受力特点和设计要求。

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(3)框架-核心筒结构的周边柱间必须设置框架梁。框架-核 心筒结构对形状没有限制，框架柱距大，布置灵活，有利 于建筑立面多样化。结构平面布置尽可能规则、对称，以 减小扭转影响，质量分布宜均匀，内筒尽可能居中；核心 筒与外柱之间距离一般以l0—12m为宜，如果距离很大， 则需要另设内柱，或采用预应力混凝土楼盖，否则楼层梁 太大，不利于减小层高。沿竖向结构刚度应连续，避免刚 度突变。 (4)框架-核心筒结构内力分配的特点是框架承受的剪力和 倾覆力矩都较小。抗震设计时，为实现双重抗侧力结构体 系，对钢筋混凝土框架-核心筒结构，要求外框架构件的 截面不宜过小，框架承担的剪力和弯矩需进行调整增大； 对钢-混凝土混合结构，要求外框架承受的层剪力应达到 总层剪力的(20—25％)。
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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，核心筒的宽度可适当减小。 (2)核心筒应具有良好的整体性，墙肢宜均匀、对称布置； 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500mm和开洞墙的截面厚度；抗震设计 时，核心筒的连梁，宜通过配置交叉暗撑、设水平缝或减 小梁截面的高宽比等措施来提高连梁的延性。在核心筒延 性要求较高的情况下，可采用钢骨混凝土核心筒，即在纵 横墙相交的地方设置竖向钢骨，在楼板标高设置钢骨暗梁， 钢骨形成的钢框架可以提高核心筒的承载力和抗震性能。
巨型桁架结构 沿房屋周边布置大 型立柱，形成空间 桁架—主要的承重 框架 -承担大部分竖向和 水平荷载 主要的框架内设置 小的框架
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(5)非地震区的抗风结构采用伸臂加强结构抗侧刚度是有 利的，抗震结构则应进行仔细的方案比较，不设伸臂就能 满足侧移要求时就不必设置伸臂，必须设置伸臂时，必须 处理好框架柱与核心筒的内力突变，要避免柱出塑性铰或 剪力墙破坏等形成薄弱层的潜在危险。 (6)框架-核心筒结构的楼盖，宜选用结构高度小、整体性 强、结构自重轻及有利于施工的楼盖结构形式。因此，宜 选用现浇梁板式楼板，也可选用密肋式楼板、无粘结预应 力混凝土平板，以及预制预应力薄板加现浇层的叠合楼板。 当内筒与外框架的中距大于8m时，应优先采用无粘结预 应力混凝土楼盖。

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（3）筒中筒结构中的外框筒宜做成密柱深梁，一般情况 下，柱距为，不宜大于4；框筒梁的截面高度可取柱净距 的1/4左右。开孔率是框筒结构的重要参数之一，框筒的 开孔率不宜大于60%，且洞口高宽比宜尽量和层高与柱距 之比相似。当矩形框筒的长宽比不大于2和墙面开洞率不 大于50%时，外框筒的柱距可适当放宽。若密柱深梁的效 果不足，可以沿结构高度，选择适当的楼层，设置整层高 的环向桁架，以减小剪力滞后。 （4）框筒结构的柱截面宜做成正方形、矩形或T形，筒 体的角部是联系两个方向的结构协同工作的重要部位，受 力很大，通常要采取措施予以加强；内筒角部通常可以采 用局部加厚等措施加强；外筒可以加大角柱截面尺寸，采 用L形、槽形角墙等予以加强，以承受较大的轴力，并减 小压缩变形，通常角柱面积宜取中柱面积的1—2倍，角柱 面积过大，会加大剪力滞后现象，使角柱产生过大的轴力， 特别当重力荷载不足以抵消拉力时，角柱将承受拉力。
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8.2.2框架-核心筒结构的布置

框架-核心筒结构是目前高层建筑中应用最为广泛 的一种结构体系，可以做成钢筋混凝土结构、钢 结构或混合结构，可以在一般的高层建筑中应用， 也可以在超高层建筑中应用。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；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。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 或钢骨混凝土、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。
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楼板是平板的框架一核心筒结构，基本不传递弯矩和剪力， 翼缘框架中间两根柱子的轴力是通过角柱传过来的，轴力 不大。提高中间柱子的轴力、从而提高其抗倾覆力矩能力 的方法之一是在楼板中设置连接外柱与内筒的大梁，如上 图所示，所加大梁使②、③轴形成带有剪力墙的框架。平 板与梁板两种布置的框架一核心筒翼缘框架所受轴力的比 较表明，采用平板体系的框架一核心筒结构中．翼缘框架 中间柱的轴力很小，而采用梁板体系的框架一核心筒结构 中，翼缘框架②、③轴柱的轴力反而比角柱更大；在这种 体系中，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，它们边 柱的轴力也相应增大。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。
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其他结构形式设计概要
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高层钢－混凝土组合结构
钢结构 钢——混凝土结构
型钢混凝土
钢管混凝土
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钢Байду номын сангаас结 构
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钢 结 构
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钢 结 构
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钢 结 构
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钢骨 混凝 土
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钢 骨 混 凝 土
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巨型框架结构
框架的梁、柱截面加大 把一栋高层结构分成很少的几层

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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，其高宽比一般约为12，不宜大于15； 如有另外的角筒或剪力墙时，内筒平面尺寸还可 适当减小。内筒贯通建筑物的全高，竖向刚度宜 均匀变化；内筒与外筒或外框架的中距，非抗震 设计时宜大于12，抗震设计时宜大于10，宜采用 预应力混凝土楼（屋）盖，必要时可增设内柱。 （6）由于框筒结构柱距较小，在底层往往因设置 出入通道而要求加大柱距，必须布置转换结构。 转换结构的主要功能是将上部柱荷载传至下部大 柱距的柱子上。一般内筒应—直贯通到基础底板。
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在采用平板楼盖时，框架虽然也具有空间作用， 而使翼缘框架柱产生轴力，但是柱数量少，轴力 也小，远远不能达到周边框筒所起的作用。增加 楼板大梁可使翼缘框架中间柱的轴力提高，从而 充分发挥周边柱的作用，但是当周边柱与内筒相 距较远时，楼板大梁的跨度大，梁高较大，为了 保持楼层的净空，层高要加大，对于高层建筑而 言，这是不经济的，为此另外一种可选择的充分 发挥周边柱作用的方案是采用框架一核心筒一伸 臂结构。
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8.2框架核心筒结构的布置

框筒结构是目前高层建筑中广为应用的一种体系，它与筒 中筒结构在平面形式上相似,但受力性能有很大区别。对 由密柱深梁形成的框筒结构，由于空间作用，在水平荷载 作用下其翼缘框架柱承受很大的轴力；当柱距加大，裙梁 的跨高比加大时，剪力滞后加重，柱轴力将随着框架柱距 的加大而减小，即对柱距较大的“稀柱筒体”，翼缘框架 柱仍然会产生一些轴力，存在一定的空间作用。但当柱距 增大到与普通框架相似时，除角柱外，其它柱的轴力将很 小，由量变到质变，通常就可忽略沿翼缘框架传递轴力的 作用，按平面结构进行分析。框架-核心筒结构，因为有 实腹筒存在，《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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下表给出了有、无楼板大梁时，框架-核心筒结构抗侧刚 度和内力分配的比较，由表可知，在楼板中增加大梁后增 加了结构的抗侧刚度，周期缩短，顶点位移和层间位移减 小。由于翼缘框架柱承受了较大的轴力，周边框架承受的 倾覆力矩加大，核心筒承受的倾覆力矩减少；由于大梁使 核心筒反弯，核心筒承受的剪力略有增加，而周边框架承 受的剪力反而减少了。
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 刚度等因素有关
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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）

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（7）框筒结构中的楼盖构件(包括楼板和梁)的高 度不宜太大，要尽量减小楼盖构件与柱子之间的 弯矩传递，筒中筒结构的内外筒间距通常为10— 12m，宜采用预应力楼盖。采用普通梁板体系时， 楼面梁的布置方式一般沿内、外筒单向布置。外 端与框筒柱一一对应；内端支承在内筒墙上，最 好在平面外有墙相接，以增强内筒在支承处的出 平面抵抗力；角区楼板的布置，宜使角柱承受较 大竖向荷载，以平衡角柱中的拉力双向受力。

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筒体结构内力和位移的计算方法

空间杆系-薄壁柱矩阵位移法 等效槽形截面估算法 等代角柱法 图表法 平面展开矩阵位移法（翼缘展开法） 等效弹性连续体能量法 有限条法
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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）