第八章高层建筑结构筒体结构
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高层建筑结构设计 筒体结构
实际应力分布
角柱处应力较大
中部应力较小 腹 板 框 架
翼缘框架
翼缘框架
材料力学解答
材料力学解答 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
高层建筑结构设计 筒体结构
• 在框筒结构的底部，正应力在角柱增大，在中 部逐渐减小，这种现象称为剪力滞后效应。这是 由于腹板和翼缘框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。
– 同济大学图书馆
高层建筑结构设计 筒体结构
– 同济大学图书馆
预应力桁 架
高层建筑结构设计 筒体结构
内 筒
预应力 桁架
– 同济大学图书馆
高层建筑结构设计 筒体结构
高层建筑结构设计 筒体结构
长沙黄兴路综合大楼
高层建筑结构设计 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。
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
基本分体系的组合可形成多种竖向结构体系
高层建筑结构设计 筒体结构
高层建筑结构设计 筒体结构
高层建筑结构设计 筒体结构
§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。
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
四、框架-核心筒结构
高层建筑结构设计 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。
芝加哥西尔斯大厦
六、多重筒结构
高层建筑结构设计 筒体结构
• 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 。
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
撑上部的柱子。
高层建筑结构设计 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）。
高层建筑结构设计 筒体结构
高层建筑结构设计 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；
• 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。
高层建筑结构设计 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
– 同济大学图书馆
高层建筑结构设计 筒体结构
五、成束筒结构
高层建筑结构设计 筒体结构
• 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。
高层建筑结构设计 筒体结构
西尔斯大厦——1974年 建成，443m，110层 （美国芝加哥）
高层建筑结构设计 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
建于1056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。
现代筒体 结构建筑
高层建筑结构设计 筒体结构
吉隆坡双塔大厦
高度：452米 材料：钢筋混凝土
§1 筒体结构的布置
一、核心筒结构
高层建筑结构设计 筒体结构
• 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。
二、框筒结构
高层建筑结构设计 筒体结构
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
高层建筑结构设计 筒体结构
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 50 ％ 柱轴线间距 不宜大于 4.5 m ， 周边柱轴线间距2-3m 窗裙横梁高 ：0.6 － 1. 2 m 整个结构高宽比宜大于3， 结构平面的长宽比不宜大于2 角柱的作用 ：抗扭 抗侧 － 增加刚度
高层建筑结构设计 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
高层建筑结构设计 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
结构上双向刚度较大 。
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
高层建筑结构设计 筒体结构
第八章 筒体结构
高层建筑结构设计 筒体结构
q
M
高层建筑结构设计 筒体结构
内力或位移
qH 4 f (H 4) 8EI
M 1 qH 2 f (H 2) 2
N WH f (H ) H
早期筒体结构建筑
比萨斜塔
高层建筑结构设计 筒体结构
应 县 木 塔
建于1173－1370年
高层建筑结构设计 筒体结构
高层建筑结构设计 筒体结构
高层建筑结构设计 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
高层建筑结构设计 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
高层建筑结构设计wenku.baidu.com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
高层建筑结构设计 筒体结构
实际应力分布
角柱处应力较大
中部应力较小 腹 板 框 架
翼缘框架
翼缘框架
材料力学解答
材料力学解答 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
高层建筑结构设计 筒体结构
• 在框筒结构的底部，正应力在角柱增大，在中 部逐渐减小，这种现象称为剪力滞后效应。这是 由于腹板和翼缘框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。
– 同济大学图书馆
高层建筑结构设计 筒体结构
– 同济大学图书馆
预应力桁 架
高层建筑结构设计 筒体结构
内 筒
预应力 桁架
– 同济大学图书馆
高层建筑结构设计 筒体结构
高层建筑结构设计 筒体结构
长沙黄兴路综合大楼
高层建筑结构设计 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。
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
基本分体系的组合可形成多种竖向结构体系
高层建筑结构设计 筒体结构
高层建筑结构设计 筒体结构
高层建筑结构设计 筒体结构
§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。
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
四、框架-核心筒结构
高层建筑结构设计 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。
芝加哥西尔斯大厦
六、多重筒结构
高层建筑结构设计 筒体结构
• 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 。
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
撑上部的柱子。
高层建筑结构设计 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）。
高层建筑结构设计 筒体结构
高层建筑结构设计 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；
• 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。
高层建筑结构设计 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
– 同济大学图书馆
高层建筑结构设计 筒体结构
五、成束筒结构
高层建筑结构设计 筒体结构
• 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。
高层建筑结构设计 筒体结构
西尔斯大厦——1974年 建成，443m，110层 （美国芝加哥）
高层建筑结构设计 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
建于1056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。
现代筒体 结构建筑
高层建筑结构设计 筒体结构
吉隆坡双塔大厦
高度：452米 材料：钢筋混凝土
§1 筒体结构的布置
一、核心筒结构
高层建筑结构设计 筒体结构
• 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。
二、框筒结构
高层建筑结构设计 筒体结构
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
高层建筑结构设计 筒体结构
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 50 ％ 柱轴线间距 不宜大于 4.5 m ， 周边柱轴线间距2-3m 窗裙横梁高 ：0.6 － 1. 2 m 整个结构高宽比宜大于3， 结构平面的长宽比不宜大于2 角柱的作用 ：抗扭 抗侧 － 增加刚度
高层建筑结构设计 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
高层建筑结构设计 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
结构上双向刚度较大 。
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
高层建筑结构设计 筒体结构
第八章 筒体结构
高层建筑结构设计 筒体结构
q
M
高层建筑结构设计 筒体结构
内力或位移
qH 4 f (H 4) 8EI
M 1 qH 2 f (H 2) 2
N WH f (H ) H
早期筒体结构建筑
比萨斜塔
高层建筑结构设计 筒体结构
应 县 木 塔
建于1173－1370年
高层建筑结构设计 筒体结构
高层建筑结构设计 筒体结构
高层建筑结构设计 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
高层建筑结构设计 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
高层建筑结构设计wenku.baidu.com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