《筒体结构设计》PPT课件

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1、Chapter8筒体结构设计一、概述筒体是一种双向具有抗侧能力的空间受力结构，具有很大的刚度和承载力，适合在高层和超高层建筑中采用，其混凝土强度等级不宜低于C30。筒中筒结构的高度不宜低于60m，高宽比不应小于3。当相邻层的柱不贯通时，应设置转换梁等构件。转换梁的高度不宜小于跨度的1/6。图1(a)实腹筒（一）实腹筒结构（图1a）理想筒体在水平力作用下，截面保持平面，腹板应力按直线分布，翼缘应力相等。图1(b)框筒轴力分布（二）框筒结构（图1b）框筒在水平力作用下，不仅腹板框架起作用，翼缘框架也共同受力。由于剪力滞后影响，腹板框架柱的轴力是曲线分布的，而翼缘框架的轴力也是不均匀分布的，角柱受力

2、最大。（三）筒中筒结构（图1c）(c)筒中筒在水平荷载作用下，由柱及墙肢的弯曲所承受的弯矩很小；内筒承受的剪力很大，外筒的剪力很小。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由柱及墙肢的弯曲所承担的弯矩外框筒内筒外框筒内筒50.4%40.3%2.7%6.6%深圳国贸中心一层剪力分配比例外框筒内筒27%73%(四)框架-筒体结构（图2a）(五)成束筒（图2b）受力接近于框架-剪力墙结构。截面应力分布大体上与整体截面筒体相似，但在隔板处有剪力滞后现象。它的受力比同样平面尺寸的单个框筒要均匀一些。(a)(b)图2二、结构布置（一）筒中筒结构布置1.平面形状：宜为圆形、正多边形、椭圆形或

3、矩形等，矩形平面的长宽比不宜大于2。2.高宽比：H/B宜大于4，不应小于3。3.框筒开孔：开孔率不宜大于60%。4.洞口形状：洞口高宽比宜与框筒梁柱轴线网格高宽比相似。5.柱距：框筒柱距为2.0～3.0m，不宜大于4m。6.柱截面：扁柱，高宽比约为4。角柱截面面积一般可取为中柱截面面积的1～2倍。7.裙梁截面：扁而高梁，h=600～1500，梁宽等于墙厚，一般不小于250mm。8.内筒尺寸：内筒的边长可为高度的1/12～1/15。（二）框架-筒体结构布置1.平面形状：较自由，但要简单、规则、均匀、对称。2.高宽比：2.5～4.0。3.内筒尺寸：较自由4.外柱柱距：4m～9m。三、筒体结构内力与

4、位移计算方法（一）框筒在水平荷载作用下的内力和位移计算方法1.等代角柱法框筒结构在水平荷载作用下，角柱受力最大，腹板框架的角柱有轴力、剪力和弯矩。剪力和弯矩对翼缘框架平面外的影响可忽略不计，轴力将使角柱产生轴向变形，从而带动整个翼缘框架在其平面内产生影响。等代角柱法用一个等代角柱来代替原框筒结构的作用，得到一个能代替原框筒结构的等效平面框架（图3）。这样，问题便变为平面框架的计算问题。图3此法的关键是找到每层的恰当的等代角柱截面。方法是要使等代后角柱的轴向变形与等代前角柱的轴向变形相等。设框筒第j层原角柱面积为Ac，所受轴力为N1；等代角柱的截面面积为，所受轴力为，则各自的轴向变形为：由，可得

5、：式中称为等代系数，其数值大小反映框筒结构空间作用的强弱。曲线如图4所示，与角柱与其它的面积比以及梁的线刚度有关，详细情况可参考崔鸿超“框筒（筒中筒）结构的简化计算方法”（建筑结构学报，1982年第6期）。图4l：梁跨；F1：角柱面积；F2：外框筒其它柱面积。2.等效连续体法此法是将框筒每一个平面的梁柱用一个等效的均匀的正交异性平板来替代，因此框筒变成为一实腹的薄壁筒（图5）。图5由于楼板在其平面内的刚度很大，能约束壁板平面外变形,因此壁板只需考虑平面内的作用。此法的关键是要使壁板的轴向刚度和剪切刚度与框架的轴向刚度和剪切刚度相同。现取出一个梁柱单元(图6a)进行分析,其等效壁板为图6b。(b

6、)(a)(c)图6（1）等效板的弹性模量设A为每根柱的截面面积，E为材料弹性模量，d为柱距，t为等效板厚，Ec为等效板的竖向弹性模量，由轴向刚度相等可得：若等效板的截面面积等于柱截面面积，则有：（2）等效板的剪切模量梁柱节点可看成是图6c带刚域的节点，其荷载位移关系为：式中等效板的荷载-位移关系为：由以上两式相等，得等效板的剪切刚度为：当为边柱时，可令其一梁惯性矩为零。当考虑杆件的弯曲变形和剪切变形和有限结点的剪切变形，即不把结点区视为刚域时：式中:Aj为有限结点的截面面积；G为材料的剪切模量。（3）内力与位移的计算法向面板的平衡方程：侧向面板的平衡方程：解微分方程和根据边界条件可求出x(u)

7、、z(w)。最后还要把从等效连续体中得到的应力通过积分，转换成梁、柱内力。图7图83．框筒在扭转荷载下的等效平面法某楼层：（a）（b）当考虑整个框筒结构时，各楼层处在扭矩｛T｝作用下，产生的扭转角｛｝、侧向位移｛x｝和｛y｝以及两个方向框架承担的水平剪力｛Px｝和｛Py｝之间的关系为：（c）（d）框架的水平剪力和水平位移间的关系为：（e）(f)式中，分别为x、y向框架的侧向刚度。或（g）式中