高层建筑结构设计电子教案第7章_高层建筑结...pdf

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1、高层建筑结构设计高层建筑结构设计 （电子教案）（电子教案）高等教育出版社高等教育出版社第第7 7章章筒体结构设计简筒体结构设计简介介本章内容本章内容7.1 7.1 筒体结构概念设计筒体结构概念设计7.2 7.2 筒体结构设计简介筒体结构设计简介7.1 7.1 筒体筒体结构结构概念设计概念设计7.1.1 筒体结构的类型、受力及变形特点筒体结构的类型、受力及变形特点1. 筒体结构的类型筒体结构的类型 按筒的形式、布置和数目的不同，可分为单筒、筒中筒及成束筒等。7 7.1 .1 筒体结构概念设计筒体结构概念设计2. 实腹筒的受力及变形特点实腹筒的受力及变形特点（1）实腹筒的受力特点）实腹筒的受力特点

2、实腹筒与单片剪力墙抗弯能力的比较 设剪力墙的宽度为B，则内力臂为2B/3；而筒体的内力臂接近腹板宽度B。 因此，实腹筒比剪力墙具有更高的抗弯承载力。 另外，剪力墙既承受弯矩又承受剪力作用；而筒体的弯矩主要由翼缘承担，剪力主要由腹板承担。7 7.1 .1 筒体结构概念设计筒体结构概念设计（2）实腹筒的变形特点）实腹筒的变形特点水平荷载下实腹筒的侧移曲线 筒体结构一般高宽比大于，因此筒体在水平荷载作用下的侧移以弯曲变形为主。 结构高宽比小于1时，结构变形以剪切变形为主； 结构高宽比介于14时，结构变形以弯曲和剪切变形为主； 结构高宽比大于4时，结构变形以弯曲变形为主。结构在水平荷载作用下的变形：7

3、 7.1 .1 筒体结构概念设计筒体结构概念设计（3 3）实腹筒体的破坏机理）实腹筒体的破坏机理 斜向受拉破坏 剪力引起的斜向受压破坏 薄壁墙截面的压屈失稳或受压主筋压曲 施工缝截面上剪切滑移破坏 墙体底部受弯钢筋屈服破坏 连梁弯曲剪切破坏前四种破坏形式均为脆性破坏，而后两种是比较理论的破坏模式。3 3. . 框筒的受力特点及变形特点框筒的受力特点及变形特点（1 1）框筒的受力特点）框筒的受力特点7 7.1 .1 筒体结构概念设计筒体结构概念设计在水平荷载作用下，腹板框架受力，角柱产生内力。 角柱的轴向变形，使与角柱相连的翼缘框架的梁端产生剪力。 这个剪力使相连的翼缘框架的柱子产生轴力。 依次

4、作用下去，整个翼缘框架的梁柱产生内力。 与普通框架结构的区别：7 7.1 .1 筒体结构概念设计筒体结构概念设计实线表示框筒实际竖向应力分布，虚线表示实腹筒的竖向应力分布。框筒的腹板框架和翼缘框架在角区附近的应力大于实腹筒体，而在中间部分的应力均小于实腹筒体。 剪力滞后使部分中柱的承载能力得不到发挥，结构的空间作用减弱。 为减小剪力滞后效应，应限制制框筒的柱距、控制框筒的长宽比。与实腹筒结构的区别3 3. . 框筒的受力特点及变形特点框筒的受力特点及变形特点（1 1）框筒的受力特点）框筒的受力特点7 7.1 .1 筒体结构概念设计筒体结构概念设计 普通框架是平面结构，仅考虑平面内的承载能力和刚

5、度，而忽略平面外的作用。 框筒结构在水平荷载作用下，除了与水平力平行的腹板框架参与工作外，与水平力垂直的翼缘框架也参与工作。 在水平荷载作用下，框筒水平截面的竖向应变不再符合平截面假定。 （2 2） 框筒变形特点框筒变形特点 框筒结构一般高宽比大于，因此，框筒在水平荷载作用下的侧移以弯曲变形为主。框筒与普通框架结构受力的区别：框筒与实腹筒受力的区别：7 7.1.2 .1.2 筒体结构平面及立面布置要求筒体结构平面及立面布置要求 1.平面形状 筒体结构的平面外形宜选用圆形、正多边形、椭圆形或矩形，内筒宜居中。 2.内筒尺寸 内筒系筒中筒结构抗侧力的主要结构，宜贯通建筑物全高，其刚度宜沿竖向均匀变

6、化；内筒的刚度不宜过小，其边长可取筒体结构高度的1/121/15。 3.外框筒的要求 开孔率、洞口形状、柱距、梁的截面高度和角柱截面面积等参数的选取要考虑到外框筒结构的空间受力性能。 4.高宽比 筒中筒结构的高度不宜低于60m，高宽比不应小于3。7 7.1 .1 筒体结构概念设计筒体结构概念设计7 7.1 .1 筒体结构概念设计筒体结构概念设计7.17.1.3.3 筒体结构筒体结构楼板方案的确定楼板方案的确定 2. 筒体结构常用的楼面体系有：一般梁板体系、扁梁梁板体系、密肋楼盖、普通平板体系、预应力平板体系等。 1. 楼板构件（包括板和梁）的高度不宜太大，要尽量减小楼板构件与柱的弯矩传递。 4

7、. 楼板布置时宜使角柱承受较大竖向荷载，以平衡角柱中的较大拉力。 3. 在多数筒中筒结构中，将楼盖做成平板或密肋楼盖。7 7.1 .1 筒体结构概念设计筒体结构概念设计7 7.1.1.4.4. 筒体结构筒体结构截面尺寸估算及材料强度等级选定截面尺寸估算及材料强度等级选定 （1）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。 （2）核心筒外墙的截面厚度不应小于层高的1/20及200mm，对一、二级抗震设计的底部加强部位不宜小于层高的1/16及200mm。 （3）在满足承载力要求，以及轴压比限值（仅对抗震设计的底部加强部位）时，核心筒内墙可适当减薄，但不应小于160。筒体结

8、构的混凝土强度等级不宜低于C30。筒体结构的混凝土强度等级不宜低于C30。 1. 1. 薄壁筒截面确定薄壁筒截面确定7 7.1 .1 筒体结构概念设计筒体结构概念设计2.2. 框筒柱的确定框筒柱的确定（3）一般不宜采用正方形和圆形截面的柱。（1）框筒宜采用扁宽矩形，柱的长边位于框架平面内。（2）扁宽柱应在立面上形成竖线条。框筒受力性能与柱、梁截面形式的关系7.1 7.1 筒体结构概念设计筒体结构概念设计3.3. 框筒梁截面尺寸的确定框筒梁截面尺寸的确定 另外，可以在框筒的顶部设置12层楼高的刚性环梁来提高框筒的空间整体性。 大量工程中，采用梁高为0.61.5，梁宽取为墙厚，一般不小于250。在

9、方案阶段，可按以下尺寸选用：7.27.2.1 .1 筒体筒体结构结构内力及侧移分析计算方法内力及侧移分析计算方法1.1.框筒结构等效槽形截面法近似计算方法框筒结构等效槽形截面法近似计算方法（1 1）内力简化计算）内力简化计算7.2 7.2 筒体结构设计简介筒体结构设计简介框筒结构的等效槽形截面为了简化计算，将矩形框筒简化为两个槽形竖向结构。7.2 7.2 筒体结构设计简介筒体结构设计简介（2 2）位移的近似计算位移的近似计算7 7.2 .2 筒体结构设计简介筒体结构设计简介只考虑弯曲变形，则框筒顶点位移可近似按下式计算：7 7.2 .2 筒体结构设计简介筒体结构设计简介2. 2. 框筒结构的翼

10、缘展开法框筒结构的翼缘展开法框筒计算的翼缘展开法 将空间框架结构简化为平面框架结构。3 3. . 框架框架筒体结构简化计算筒体结构简化计算7 7.2 .2 筒体结构设计简介筒体结构设计简介框架筒体结构构件间的相互作用可按框架剪力墙的方法进行内力和位移计算。4 4. . 筒中筒结构粗略计算筒中筒结构粗略计算7 7.2 .2 筒体结构设计简介筒体结构设计简介 在水平荷载作用下，结构体系的变形性质类似于框架剪力墙结构体系。框筒相当于框架，实腹筒相当于剪力墙，通过楼板的作用，筒中筒结构的位移趋于一致。筒中筒结构的变形协调7 7.2 .2 筒体结构设计简介筒体结构设计简介 最简单的方法是假定弯矩和剪力按

11、外框筒和薄壁内筒墙的惯性矩和弹性模量的乘积来分担。 设框筒简化为双槽形截面，惯性矩为I，弹性模量为E，薄壁筒惯性矩为IwIi，弹性模量为E，则框筒和薄壁筒可按下式计算： 式中 V、M筒中筒由水平荷载引起的弯矩和剪力。该方法只作初步设计时估算截面尺寸用。外框筒薄壁筒7 7.2 .2 筒体结构设计简介筒体结构设计简介 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； 核心筒外墙的截面厚度不应小于层高的1/20及200mm，对一、二级抗震设计的底部加强部位不宜小于层高的1/16及200mm； 在满足承载力要求，以及轴压比限值（仅对抗震设计的底部加强部位）时，核心筒内墙可适当减薄

12、，但不应小于160mm。7 7.2.2 .2.2 筒体结构截面设计及主要构造要求筒体结构截面设计及主要构造要求1.1.框架框架核心筒结构核心筒结构（1）核心筒设计7 7.2 .2 筒体结构设计简介筒体结构设计简介（2）框架设计其中， V地震作用产生的结构底部总剪力标准值， 1.5Vf,max地震作用产生的各层框架总剪力标准值 中的最大值。 国内外的震害表明，框架核心筒结构在强烈地震作用下，框架柱的损坏程度明显大于核心筒。 为了提高各柱的可靠度，应调整各框架柱的地震剪力，并要求各层框架承担的总剪力不应小于0.2V0与1.5Vf,max中的较小值。 各层框架柱在地震作用下的剪力和弯矩可按相应层的调

13、整系数进行调整。2 2. . 筒中筒结构筒中筒结构7.2 7.2 筒体结构设计简介筒体结构设计简介跨高比不大于2.5时， 为避免框筒梁和内筒连梁在地震作用下产生脆性破坏，外框筒梁和内筒连梁的截面尺寸应符合下列要求：（1）无地震作用组合（2）有地震作用组合跨高比大于2.5时，其中外框筒梁或内筒连梁截面宽度；外框筒梁或内筒连梁截面的有效高度 为了保证框筒梁或连梁在地震作用下具有足够的延性，在计算中，计入纵向受压钢筋的梁端混凝土受压区高应符合下列要求：7.2 7.2 筒体结构设计简介筒体结构设计简介一级二、三级且梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%。 非抗震设计时，箍筋直径不应小于8mm，箍筋间

14、距应大于150mm；抗震设计时，框筒梁和内筒连梁的端部反复承受正、负剪力，箍筋必须加强，箍筋直径不应小于10mm，箍筋间距不应大于100mm，由于梁跨高比较小，箍筋间距沿梁长不变。7.2 7.2 筒体结构设计简介筒体结构设计简介 梁内上、下纵向钢筋的直径不应小于16mm。为了避免混凝土收缩，以及温差等间接作用导致梁腹部过早出现裂缝，当梁的截面高度大于450mm时，梁的两侧应增设腰筋，其直径不应小于10mm，间距不应大于200mm。（3）外框筒梁和内筒连梁的构造配筋应符合下列要求： 为了防止框筒或内筒连梁在地震作用下产生脆性破坏，对跨高比不大于的框筒梁和内筒连梁宜增配对角斜向钢筋，对跨高比不大于

15、的梁采用交叉暗撑，且符合下列规定：7.2 7.2 筒体结构设计简介筒体结构设计简介梁的截面宽度不宜小于 全部剪力由暗撑承担，每根暗撑由根纵向钢筋组成，纵筋直径不应小于，其总面积As按下列公式计算：无地震作用组合时有地震作用组合时式中 暗撑与水平线的夹角7.2 7.2 筒体结构设计简介筒体结构设计简介 纵筋伸入竖向构件的长度不应小于l，非抗震设计时，l可取l；抗震设计时，l取1.15l，其中l为钢筋的锚固长度。 两个方向暗撑的纵向钢筋均应采用矩形箍筋或螺旋箍筋绑成一体，箍筋直径不应小8mm，箍筋间距不应大于150。梁内交叉暗支撑的配筋7 7.2.3 .2.3 带转换层高层建筑结构的概况带转换层高

16、层建筑结构的概况主要建筑功能提供大的室内空间和提供大的出入口。主要结构功能上层和下层结构类型的转换与上层和下 层柱网、轴网的改变。7.2 7.2 筒体结构设计简介筒体结构设计简介外部形成大入口的转换层形式1.1.转换层具有以下特点：转换层具有以下特点：（1）竖向荷载为控制转换结构构件设计的主要因素。（2）转换结构构件的截面尺寸高且大。（3）转换结构的连续施工强度大。（4）转换层结构不能以通常结构来进行分析和设计。7.2 7.2 筒体结构设计简介筒体结构设计简介 另外，具有桁架转换层的高层建筑起质量和刚度的突变要比带转换梁的高层建筑缓和。因此，地震反应要比带转换梁的高层建筑要小得多。 7.2 7.2 筒体结构设计简介筒体结构设计简介2. 2. 常用的转换层形式的特点常用的转换层形式的特点（1）梁式转换层 转换梁具有受力性能好、工作可靠、构造简单和施工方便的优点，结构计算也相对容易。转换梁常用截面高度为1.64.0m。（2）桁架转换层 从结构的传力方式来看，转换桁架具有传力明确、传力途径清楚等特点，但构造和施工复杂。 从经济指标来看，所需钢材和混凝土的用量比前者少。