1、2.6. 筒体结构体系(参考第8章) 筒体结构体系概述，布置与特点 筒体结构的基本类型 2.6.1框筒与剪力滞后效应 2.6.2 桁架筒钢结构 筒体结构的组合类型 2.6.3 筒中筒砼结构 8.4.2 筒中筒结构的布置 2.6.4 多筒结构体系 2.7 框架核心筒结构 2.8 巨型结构体系(简介) 建筑学补充-2 核心体与电梯 建筑学补充-核心体 核心体(筒)的功能(建筑) 核心体-通常为筒体是重要的结构构件，也是重要的建筑功能空间 核心体是垂直和水平交通的连接枢纽 三类功能：1、垂直交通与疏散系统；2、服务空间；3、设备空间 核心体的面积为标准层面积的20-30% 核 心 体 的 使 用 功
2、 能 中心核心体 单侧和双侧核心体-板式建筑 单侧一般在短边的一侧上边的中部 双侧则在两个长边方向对称布置 单侧核心体 体外核心体 有更加集中的办公区间 适用于大公司，不适用出租型办公楼 多处设置 疏散楼梯 筒体(空间)结构与平面结构的对比 筒体在受水平力时可看成是闭口薄壁截面的梁 空间结构中各构件都参与抗侧力 框架/剪力墙只能在自身平面内抵抗侧力 广东国际大厦广东国际大厦 左图为筒中筒结构体系。外筒为左图为筒中筒结构体系。外筒为框筒框筒，内筒为，内筒为 钢筋混凝土钢筋混凝土实腹筒实腹筒。右图为。右图为桁架筒桁架筒是钢结构是钢结构 三种类型的筒体比较 筒体结构的基本类型 1 1、剪力墙薄壁筒剪
3、力墙薄壁筒：又称为实腹筒。 2 2、框筒框筒：加密柱距 (密柱深梁)。 3 3、桁架筒桁架筒：四壁由竖杆和斜杆组成。 刚度： 实腹筒 桁架筒 框筒 变形： 弯曲型 弯剪型 弯剪型(接近剪切型) 实腹筒-剪力墙薄壁筒 实腹筒的布置要求与剪力墙相同。 实腹筒不能有贯穿整个建筑高度的开口 PKPM给出的 一个实际工程 的筒体施工图 筒体结构体系概述与特点 定义定义：闭合的剪力墙组成的空间结构体系 特点： 1、空间体系、空间体系：受力合理、计算复杂。 2、悬臂结构、悬臂结构：水平力作用下可以看成是固定于基 础上的箱形悬臂构件，比单片平面结构具有更大 的抗侧刚度和承载力，并具有很好的抗扭刚度。 3、偏心
4、受压、偏心受压：作为柱子按偏心受压构件配筋 4、抗扭刚度大、抗扭刚度大：由于筒体的对称性 5、适宜建造高层或超高层建筑 筒体结构的特点空间受力性能 1.无论那一种筒体，在水平力的作用下都 可以看成是固定于基础上的悬臂结构。 2.抗侧移刚度和承载能力均大于单片平面 结构(剪力墙或框架) 。 3.适宜建造高度更高的超高层建筑。 4.具有很好的抗扭刚度：筒体的对称性。 2.6.1 2.6.1 框筒框筒8.48.4节节 框筒框筒：可看成是在实腹筒中开许 多规则排列的窗洞所形成的筒体。 也可以看成是把诸多壁式框架首 尾相连相成的筒体。 特点特点： 密柱深梁-比较壁式框架 空间结构各构件都参与抗侧力 注意
5、：框架是平面结构 框筒的剪力滞后效应-轴力不均匀分布 现象：翼缘和腹板框架的角部柱轴力大、中部柱轴力小。 翼缘框架更加严重。 原因：裙梁传递剪力的能力弱 后果：降低了筒体的空间效能、降低了结构抵抗水平荷载 的能力、角柱中可能会出现拉力。 剪力滞后现象 我们希望前后各三根柱子同时承受水平力。 设计的外力是加在翼缘上的 中柱只能通过框架梁传递力来与两端的框架柱同步伸缩来参与工作。 前后的水平框架梁如果太长则不足以提供保证中间柱子伸长和缩短的力。 所以中柱的受力有限。 中间的柱子是构造柱，没 有梁连接前后两个柱 框筒结构的变形形式P.228 腹板框架(类似框架)剪切型 翼缘框架弯曲型 整体变形弯剪型
6、(偏于剪切) 剪力滞后的原因 1、腹板框架主要抵抗水平力，导致一端柱 伸长，另一端柱缩短。 2、翼缘框架中柱的力通过裙梁从角柱传来。 3、梁并非刚性。裙梁的变形使中间柱的轴 向变形越来越小。 4、同样的原因使得腹板框架的两端柱受力 大，中间柱子受力小。 避免剪力滞后的特点与措施 1、裙梁的高度/跨度梁越柔越严重 提高裙梁的高度、减少裙梁跨度 实际上是减小洞口面积 2、角柱面积角柱刚度越大剪力滞后效应越严重。 3、框筒结构高度底部更严重，上部较轻(轴力小) 4、框筒平面尺寸/形状翼缘框架越长越严重。 避免剪力滞后的措施 设置加劲密柱框架 设计成束筒结构 设置加强层 设置加强层前后的变形趋于均匀
7、无外伸桁架时，框架梁的变形大，不能有效地 把力传递给框架柱。楼板也发生较大的变形。 成束筒可以有效减少剪力滞后 相当于多了若干腹板承受水平作用 型钢混凝土束筒型钢混凝土束筒+外钢框架，外钢框架， 7度抗震设防度抗震设防 深圳地王大厦 5格型钢混凝土束筒格型钢混凝土束筒 43.512m 型钢柱型钢柱 地王大厦：核心筒(束筒)外框架 RC核心筒核心筒(束筒束筒)+外伸桁架外外伸桁架外 框型钢混凝土柱及钢柱，框型钢混凝土柱及钢柱，88层，层， 高高420m， 7度抗震设防度抗震设防 上海金茂大厦上海金茂大厦 混凝土芯筒，筒壁混凝土芯筒，筒壁 840mm,C50(底部底部) 460mm,C35(87层
8、层) 54层以上筒内部中层以上筒内部中 空，形成天井空，形成天井 上海金茂大厦 24-26,51-53,85-87层层 各有一个两层楼高各有一个两层楼高 的外伸钢桁架，与的外伸钢桁架，与8 个巨型柱相联个巨型柱相联 460mm井字形肋井字形肋 墙，形成墙，形成9个束筒个束筒 51,91层层 各设置各设置 一个消一个消 防水箱防水箱 全楼总用钢 量为7.6万吨 基础为1000 根钢管桩。 金贸大厦组合结构体系 混凝土实腹筒外伸钢桁架混凝土组合柱 2.6.2桁架筒 桁架筒一般由钢材做成。与 框筒相比，它更能节省材料， 并具有更大的抗侧刚度。 桁架筒巨型支撑筒体 美国芝加哥的100层Hancock大
9、厦。 支撑交于一点保证 传力路径连续 跨层支撑和剪力墙板 增加支撑或斜向布置抗剪墙板以减少剪力滞效应的影响 约翰 汉考克大厦 （19651970，337 m， 设计者：SOM） 筒体结构的组合类型 框架筒体：内筒是实腹筒(核芯筒) ， 外面布置大柱距的普通框架。内筒承受 大部分水平力。 筒中筒：内外几层筒体组合而成，通常 内筒为剪力墙薄壁筒，外筒是框筒。 成束筒：分开布置的并列的多个筒。 广东国际大厦广东国际大厦 19901990年建成，为当时我国国内最高的钢筋混年建成，为当时我国国内最高的钢筋混 凝土结构，凝土结构，高高200.18 200.18 m m，地上地上6363层，地下两层，地下两
10、 层，局部层，局部4 4层。为筒中筒结构体系，外筒层。为筒中筒结构体系，外筒 31.131.13737m,m,矩形平面，由矩形平面，由2424根中柱和根中柱和4 4根异根异 型角柱组成。楼板为型角柱组成。楼板为220mm220mm无粘结预应力混无粘结预应力混 凝土，层高凝土，层高3m3m。底层柱尺寸已达底层柱尺寸已达1.8*2.2m1.8*2.2m 2.6.3 筒中筒砼结构 关于筒中筒结构 外框筒：柔，抵抗倾覆力矩(在外部) 内实腹筒：刚，抵抗侧力 变形曲线：弯剪型(外框筒时) 双重抗侧力体系(P.228)：内砼实腹筒、外 框筒。哪个是第一道防线？ 深圳发展中心大厦，(43层， 高165.3m
11、，加上天线的高度 共185.3m)，是我国第一座 大型高层钢结构建筑。 深圳发展中心大厦 五层处沿外筒设 置大截面转换梁， 使得四层以下柱 距为9.2m 香港中环广场筒中筒体系 地下两层、地上39层 高155m 1-3层型钢骨砼结构 4层以上钢结构 内筒2121m 外筒4545m 柱距3m 内外筒间钢梁12m 内筒两端边柱设支撑 2道高5.4m钢桁架圈梁 支撑和桁架的布置减小 了剪力滞，提高了内 筒的整体抗弯能力 筒中筒钢结构(P.23) 筒中筒结构布置 P.228 注意以下对两个 筒尺寸的要求 高层建筑混凝土强度等级的变化实例 B、C栋11层以 上每10层改变 一个等级。 A栋每三层改 变两
12、个等级。 楼板的混凝土 强度等级低于 竖向承重体系 的强度等级 2.6.4 多筒结构体系多筒结构体系 成束筒成束筒 两个以上的筒体排列在一起成束状，两个以上的筒体排列在一起成束状， 成为成束筒。成束筒的抗侧移刚度比筒中筒成为成束筒。成束筒的抗侧移刚度比筒中筒 结构还要高，适宜的建造高度也更高。结构还要高，适宜的建造高度也更高。 多筒体系多筒体系成束筒成束筒 钢结构成束筒钢结构成束筒 世界最高的全钢结构建筑世界最高的全钢结构建筑 1974年美国在芝 加哥又建成了当时 世界最高的西尔斯 大厦，110层，高 443m，钢结构。 4道钢桁架 钢筋混凝土框筒束 钢混框筒束 2.7 框架-核心筒结构 框架
13、筒体体系的类型 内筒外框架：芯筒框架 外筒内框架：外筒为框筒 多筒框架体系(芯筒、端筒、角筒) 端筒+框架 芯筒+端筒+框架 角筒+芯筒+框架 框架筒体协同工作 框架与筒体组合结构体系举例 1.核芯筒框架结构体系 2. 框架端筒结构体系 3. 框架多筒结构体系 芯 筒 | 框 架 体 系 芯 筒 | 框 架 体 系 端 筒 框 架 在中间获得较大的空间 用于平面比较狭长的建筑 芯 筒 端 筒 框 架 适用于平面尺寸较大的情况 芯 筒 角 筒 框 架 钢框筒内框架纽约世界贸易中心 钢框筒内框架 高层办公楼和旅馆电梯数量的估算 入口要有明显标志。 到各区的距离适中。 过道设置在边上，避免非乘梯人员
14、穿过 侯梯厅。 电梯(间)各部分名称 轿厢 高层办公楼 3000-5000一部客梯 服务梯(货梯、消防梯)=1/31/4客梯。 高层旅馆电梯数量的估算 100标准间一部电梯 服务梯=30%44%客梯 高层住宅电梯数量的估算 高层建筑电梯的布置 超高层建筑的电梯垂直分区 每15层一区，低层稍多，高层稍少。 超高层建筑的电梯垂直分区 安全出口和防火分区 每个防火分区至少要有两个安全出口 安全出口要符合安全疏散距离的要求 疏散楼梯间要防烟防火 防烟楼梯间：从走道到防烟间(或阳台或凹廊)，再到楼梯间 封闭楼梯间：四面有墙，通过防火门进入。 消防电梯的设计 消 防 电 梯 的 设 计 要 求 1.自然排
15、烟 设置排烟前室的方法 2机械防烟 电梯机房的设计要求 井道 上部设缓冲高度(4.5m) 下部设底坑(1.4m)。 2.8 巨型结构体系(简介) 巨型框架巨型柱巨型梁(或巨型桁架) 巨型柱：大截面箱型柱(类似筒)或实体柱。 巨型梁：每隔若干层，设置一道巨型梁。 巨型桁架：大截面的竖杆和斜杆组成的 悬臂桁架结构。 巨型结构的两级体系 一级结构(主框架)：巨型框架或巨型桁架 二级结构(次框架)：上下巨型梁之间由普通梁柱 组成的结构。其荷载直接传递到一级结构。 二级结构自身承受的荷载较小，构件截面较小，增加 了结构布置的灵活性和有效使用面积。紧靠上层巨型 梁的楼层甚至可以不设置柱，形成较大的空间。这
16、是 该结构体系的主要优点所在。 各次级框架柱网的尺寸可以不同。这是与普通框架结 构的另一个重要区别。 利用筒体作为柱子，在各筒体之间每 隔数层用巨型大梁相连，由筒体和巨型 梁形成巨型框架。虽然仍是框架形式， 由于梁和柱子的断面尺寸很大，巨型框 架的抗侧移刚度比一般框架要大的多， 因而适宜建造的建筑物高度比框架结构 要大的多。 巨型框架巨型框架 巨型框架结构 主框架 次框架 3 次框架 2 次框架 1 巨型框架的三种基本类型 巨型框架日本东京市政厅 巨型结构 巨型结构 北京电视中心采用巨型框架结构体系，其抗震设防目标为： 多遇地震作用下，主框架和次框架都处于弹性状态； 在中震作用下，构成巨型框架
17、的桁架梁和巨型柱处于弹性状态， 因此采用高性能钢材（Q345GJ），附属次框架部分结构构件 容许在中震下屈服； 在罕遇地震作下，次框架首先屈服消耗地震能量，因此采用普 通钢材（Q345） 巨型框架体系实例 巨型框架在结构方面的特点 巨型框架巨型桁架 巨型空间桁架 香港汇丰银行 悬挂体系 竖筒悬挂体系 组成： 1.芯筒 2.桁架 3.楼盖 4.吊杆(高 强度钢或 钢丝束) 悬挂体系香港汇丰银行大厦 香港汇丰银行大楼香港汇丰银行大楼 德 国 B M W 办 公 大 楼 顶部和中部设置外伸桁架 作业 筒体分为哪三种？ 筒体结构有哪些的特点？ 什么是框筒的剪力滞后效应？ 剪力滞后效应的对框筒结构有什么影响？
