第7章 筒体结构设计

3、筒中筒结构 筒中筒结构是由两个筒体作为 竖向承重和抗侧力结构的高层结 构体系，是框筒结构和核心筒的 结合 内筒与外筒之间的距离不宜大于 12m。 内筒边长一般为外筒边长 的1/3，为房屋高度的1/12-1/15。 内筒贯通建筑物全高。
4、框架-筒体结构 框架－筒体结构与框架－
剪力墙结构并无本质上的区 别 框架－筒体结构实际上就 是在框架内的一定位置上， 设置剪力墙内筒，外周为一 般框架，其平面形状较为自 由、灵活多样；但是，为了 尽可能较少在水平力作用下 的扭转，还是应尽可能采用 具有对称轴的简单、规则平 面。
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三、框筒的开孔大小
墙面上洞口的大小决定了墙的工作性质
角柱轴力 中柱轴力
框筒要发挥 筒体的效能， 开孔率不宜 大于50%， 不得大于 60%。
开孔率与剪力滞后的关系
相同刚度条件下，开孔率 与材料用量的关系
四、洞口的形状
孔洞的高宽比 c b h l 框筒网格高宽比
梁、柱刚度相差过于悬殊，均不利于框筒的整体工作
成束筒
由若干个筒体并联在一起，共同承受水平力， 也可看成框筒中间加了一些框架隔板，截面应 力分布大体上与整截面筒体相似，但成多波形 的剪力滞后，比同样平面的单个框筒受力要均 匀一些。
第二节 筒中筒结构的布置
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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
2、框筒结构
与框架类似，但梁高度大（即窗裙 梁），柱间距小，形成密柱深梁组成 的空腹筒结构。 一般要求孔洞面积不宜大于立面总 面积的60%，周边柱轴线间距在2-3m， 不宜大于4m。窗裙梁高度为0.6-1.2m， 宽度为0.3-0.5m。整个结构的高宽比 小于3，结构平面长宽比小于2。 角柱对于框筒体结构的抗侧刚度 和抗扭有很大的作用。在水平力作用 下，角柱会产生很大的应力，所以角 柱应具有较大的刚度和截面面积。
框筒受力性能与梁、柱截面形状的关系
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
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
当水平 荷载相 同时 当基本 风压相 同时 位移 柱子最不 利轴力 位移 柱子最不 利轴力
圆形
0.9 0.67 0.48 0.35
正六边形
0.96 0.96 0.83 0.83
正方形
1 1 1 1
正三角形 1：2矩形
采用筒中筒结构时层数不宜太少，一般宜在20层 以上，H不宜低于80m
(二)、控制结构高宽比H/B
控制结构刚度和侧移 说明：结构合理，满足侧移和自振周期，经验算可以适当放宽
表 3.3.2 钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比
结构体系 框架 板柱-剪力墙 框架-剪力墙、剪力墙 框架-核心筒 筒中筒 非抗震设计 5 6 7 8 8 6 度、7 度 4 5 6 7 8 抗震设防烈度 8度 3 4 5 6 7 9度 — — 4 4 5
第七章 筒体结构设计
筒体结构： 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。 筒体结构的筒体分为： 剪力墙围成的薄壁筒和由密柱框架或壁式框架围成的 框筒等。
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第一节 筒体结构的布置
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第一节 筒体结构的布置
1、核心筒结构
核心筒可以作为单独的承重结构，承受竖向和水平荷载。 一般建筑物四周的柱子不落地，由核心筒将上部荷载传至基础。 核心筒具有较大的抗侧刚度，受力明确，分析方便。但是 在地震区，易出现脆性破坏。
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
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
外框筒 27% 内筒 73%
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。
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不同平面时翼缘应力分布
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翼缘框架角柱轴力 中柱轴力
表明翼缘框架角柱与中柱轴力相差越大， 剪力滞后现象越显著，整体空间作用越 弱。
不同平面时翼缘应力分布 L/B与轴力比的关系
不同平面时翼缘应力分布
相同顶点位移条件下，L/B与材料用量的关系
二、高宽比
H/B宜大于4，不宜小于3
当H/B小于2时，空间整体作用已基本上消失
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5、多筒结构和成束筒结构 由多个筒体并联而成，具有很大的刚度，可建造很多层数和 很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Βιβλιοθήκη Baidu重筒体。
第二节 筒体结构的受力性能
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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 素有关。
剪力滞后
由于剪力滞后效应的影响，角柱轴力很大，而中间柱应力减小，不能充分发 挥材料性能。 筒中筒结构中，侧向力有内外筒共同承担，由于外筒距形心远，故外筒柱轴 力很大，会形成很大的抗倾覆弯矩。外力在内外筒之间的分配有抗侧刚度有关。
洞口形状与框筒梁柱轴线网络的形状应相似
五、柱 距
柱距为2～3米
柱距不宜大于4米，当柱距大于4米，工作状态接近普 通框架
一般情况下柱距不大于层高，常用柱距为2.5～3米
六、柱的截面
框筒宜采用扁宽矩形柱，柱的长边位于框架平面内
为提高扁宽柱的抵抗屈曲的能力，常用T形柱 一般不宜采用正方形和圆形截面的柱
1 1.54 1.63 2.53 1.72 1.47 2.46 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
规则平面形状框筒工作性能
形状 当水平 荷载相 同时 当基本 风压相 同时 位移 柱子最不 利轴力 位移 柱子最不 利轴力 圆形 0.9 0.67 0.48 正六边形 0.96 0.96 0.83 正方形 1 1 1 正三角形 1：2矩形 1 1.54 1.63 1.72 1.47 2.46