高层建筑结构设计PPT电子课件教案-第六讲 筒体结构设计

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1、第六讲筒体结构设计唐兴荣苏州科技学院土木工程学院二○一二年二月第六讲筒体结构设计内容提要框筒的剪力滞后框筒的变形规律筒中筒结构布置要点框筒的估算方法构件配筋设计特点一、框筒的剪力滞后1、框筒、筒中筒和束筒的概念由密排柱（柱距13m，不超过4.5m）和跨高比较小（跨高比34）的裙梁构成密柱深梁框架，布置在建筑物周围形成框筒框筒和实腹筒组成筒中筒多个框筒排列组成束筒2、框筒的剪力滞后与水平力平行的腹板框架与一般框架相似（一端受拉、一端受压，角柱受力最大）与水平力垂直的翼缘框架各柱受力不均，中柱的轴向应力减小，角柱轴力增

2、大——剪力滞后现象框筒剪力滞后原因角柱受压缩短，使与其相邻的裙梁承受剪力，因此相邻柱承受轴压；第二柱受压使第二跨裙梁受剪，相邻柱又承受压力；传递…….翼缘框架的裙梁和柱都承受其平面内的弯矩、剪力与轴力。由于梁的变形,使翼缘框架各柱压缩变形向中心逐渐递减,轴力也逐渐减小——剪力滞后现象同理,受拉翼缘框架也产生轴向拉力的剪力滞后现象。翼缘框架的内力和变形都在其平面内（由于翼缘框架各柱和裙梁内力是由角柱传来），腹板框架的内力和变形也在其平面内，这使框筒在水平荷载作用下内力分布形成“筒”的空间特性。3、影响剪力滞后的因素柱距与裙梁的高

3、度角柱面积若裙梁高度受到限制，深梁的效果不足，可结合设备层、避免层设置沿框筒周圈的环向桁架。由于环向桁架的刚度大，可减小翼缘框架和腹板框架的剪力滞后。角柱越大，承受的轴力也越大，提高了角柱及相邻柱的轴力，翼缘框架的抗倾覆力矩会越大。但角柱加大使它与中柱轴力差越大。框筒结构高度框筒平面形状剪力滞后现象沿框筒高度是变化的，底部剪力滞后现象相对严重一些，越向上柱轴力绝对值较小，剪力滞后现象缓和，轴力趋于平均。框筒结构要达到相当的高度，才能充分发挥结构的作用，高度不大的框筒，剪力滞后影响相对较大。翼缘框架越长，剪力滞后也越大，翼缘框架中

4、部的柱子轴力会很小。框筒平面边长过大或长方形平面都是不利的。正方形、圆形、正多边形是框筒结构最理想的平面形状。在长边的中部加一道横向密柱，可大大减小剪力滞后效应，提高中柱的轴力束筒二、框筒变形规律腹板框架的变形——一般框架类似，呈剪切变形（层间变形下部大，上部小）翼缘框架的变形——翼缘框架的拉、压轴向变形使结构具有弯曲型。整个框筒结构的变形=腹板框架的变形（剪切型）+翼缘框架的变形（弯曲型）。大多数情况下框筒总变形仍略偏向于剪切型。由于框筒各个柱承受的轴力不同，轴向变形也不同，角柱轴力及轴向变形最大（拉伸或压缩），中部柱子轴向应

5、力及轴向变形减小使楼板产生翘曲，底部楼层翘曲严重，向上逐渐减小。筒体结构的楼盖外角宜设置双层双向钢筋，单层单向配筋率不宜小于0.3%，钢筋的直径不应小于8mm，间距不应大于150mm，配筋范围不宜小于外框架（或外筒）至内筒外墙中距的1/3和3m。三、框筒与实腹筒组合——筒中筒结构外框筒+内实腹筒筒中筒结构（双重抗侧力体系）外框筒承受的剪力一般可达25%以上，倾覆力矩一般可达50%以上。框筒以承受倾覆力矩为主，内筒承受大部分剪力。框筒结构抵抗水平荷载的协同工作，与框架—剪力墙结构类似。实腹筒以弯曲变形为主，框筒剪切变形成分较大，框筒

6、与实腹筒的协同工作使层间变形更加均匀。框筒布置在建筑周边，使结构的抗扭刚度增大；筒中筒结构是一种适用于超高层建筑的高效结构体系四、布置要点平面外形研究表明，对正多边形而言，边数越多，剪力滞后现象越不显著，结构的空间作用越大；反之，边数越少，结构的空间作用越差。《高层建筑混凝土结构设计规程》（JGJ3-2010）规定：筒中筒结构的平面外形宜选用圆形、正多边形、椭圆形或矩形等，内筒宜居中。平面框筒的性能比较。假定5种外形（圆形、正六边形、正方形、正三角形及矩形（长宽比为2））的平面面积和筒壁混凝土用量均相同在相同水平荷载作用下，以圆形的侧

7、向刚度和受力性能最佳，矩形最差；在相同基本风压作用下，圆形平面的风载体型系数和风荷载最小，优点更为明显；矩形平面相对更差，由于正方形和矩形平面的利用率较高，仍具有一定的实用性，但对矩形平面的长宽比需要加以限制。正三角形平面的结构性能也较差，应通过切角使其成为六边形来改善外框筒的剪力滞后现象，提高结构的空间作用。外框筒的切角长度不宜小于相应边长的1/8，其角部可设置刚度较大的角柱或角筒；内筒的切角不宜小于相应边长的1/10，切角处的筒壁宜适当加厚。内筒设计内筒是筒中筒结构抗侧力的主要子结构，宜贯通建筑物全高，竖向刚度宜均匀变化，以免结构的侧

8、移和内力发生急剧变化。为了使筒中筒结构具有足够的侧向刚度，内筒的刚度不宜过细小，通常，内筒边长=（1/21/3）外筒边长，其边长可取筒体结构高度的1/12～1/1