筒中筒结构和框架

筒体结构本章提要：1、筒体结构的类型2、筒体结构受力性能和工作特点2、筒体结构的布置原则、楼板的形式3、剪力滞后现象及影响因素4、减小剪力滞后现象应采取的措施筒体结构1、概念以一个或多个筒体来抵抗水平力和竖向荷载的结构——筒体结构。空间薄壁筒体——平面剪力墙组成空间密柱框筒——柱距很小的框架柱组成框架、剪力墙以及框架-剪力墙——平面工作状态筒体结构——空间整体受力特点：•将剪力墙集中到房屋的内部或外部形成封闭的筒体；•筒体在水平荷载作用下好像一个竖向悬臂空心柱体，结构空间刚度极大，抗扭性能也好；•筒体结构具有造型美观、受力合理、使用灵活，以及整体性强等优点，适用于高层和超高层建筑。目前全世界最高的100幢高层建筑约三分之二以上采用筒体结构，国内百米以上的高层建筑有一半以上采用简体结构。5.1筒体结构的类型按筒体布置形式和数目的不同，可将筒体结构划分为框筒结构、筒中筒结构和框架-核心筒结构、多重筒结构、束筒结构。1、框筒：周边密集的柱和高跨比很大的窗裙梁。在水平力作用下不仅腹板框架受力，翼缘框架也受力。剪力墙构成的薄壁筒密排柱及深群梁组成的框筒薄壁内筒与密柱外框筒相结合内筒体：筒体与竖向通道结合外筒体：密柱外框筒，与建筑立面结合2、筒中筒结构3、框架－核心筒体系由若干个框架和筒体共同承重的结构体系类型：框架和实腹筒体、框架和空腹筒体框架和空腹筒体空腹筒体布置在房屋的外围，框架布置在中间框架和实腹筒体利用电梯间、楼梯间、设备间等的墙比做为筒体的实腹体壁•框架—筒体结构体系南京金陵饭店37层，108米，框架-筒体结构，1983年建成。广州中信大厦37层，322米高，97年建成上海金贸大厦采用的是框架－核心筒结构，建筑物88层，高420.5米。钢筋混凝土核心筒呈八角形，周边8根钢骨混凝土柱底部截面1.5mX5m，柱中配置2根焊接H型钢。金茂大厦内部结构南京金陵饭店青岛保险公司地上39层，高108米地下2层，地上19层，高65.9米香港中环中心广场60层，374米，92年建成。马来西亚双塔楼88层，450米，框—筒结构，1996年建成。4、多重筒结构内筒小，平面尺寸大，楼盖跨度大，故在内外筒之间增设一圈柱或剪力墙并将之联系起来形成筒。兰州工贸大厦地上21层，地下2层，高93米，标准层高3.5米深圳北方大厦地上25层，地下1层，高81.6米，标准层高3.1米5、束筒结构•使用条件：当建筑高度或其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力刚度要求时，必须采用多筒体系•两个以上框筒（或其它筒体）排列在一起成束状，称为成束筒。美国西尔斯大厦110层，443米，束筒钢结构，1974年建成。允许位移900mm，实测460mm。用钢76000吨，砼55700立方米，安装了102部高速电梯。1~50层51~66层67~90层91层以上5.2筒体结构的受力性能和工作特点剪力滞后效应:框筒结构中应力不保持直线分布的现象。理想筒体在水平力的作用下，腹板应力直线分布，翼缘应力相等。而实际框筒的腹板框架轴力呈曲线分布，翼缘框架轴力也不相等。剪力滞后影响因素：平面形状、建筑高宽比、梁柱刚度比5.3筒体结构的布置筒体结构具有很大的抗侧移和抗扭刚度，又可增大内部空间的使用灵活性，对于高层建筑，框筒、筒中筒、束筒都是首选的结构体系。框筒、筒中筒、束筒结构的布置应符合高层建筑的一般布置原则，同时要考虑如何合理布置，减小剪力滞后，以便高效而充分发挥所有柱子的作用。5.3.1平面布置及有关尺寸1.平面形状（1）筒体结构的性能以圆形、正多边形为最佳，且边数越多性能越好，剪力滞后现象越不明显，结构的空间作用越大；反之，边数越少，结构的空间作用越差。表7.1.（2）也可采用椭圆形或矩形等其他形状，当采用矩形平面时，其平面尺寸应尽量接近于正方形，长宽比不宜大于1.5，不应大于2。若长宽比过大（超过1.5），可以增加横向加劲框架的数量，形成束筒结构。（3）三角形平面宜切角，外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，以避免角部应力过分集中；内筒的切角长度不宜小于相应边长的1/10，切角处的筒壁宜适当加厚。（5）筒中筒结构的内筒宜居中，面积不宜太小，其边长可为高度的1/12～1/15，也可为外筒边长的1/2～1/3，为保证足够的使用空间，一般取1/3外筒边长；2、内筒厚度常采用400～500mm，贯通建筑物的全高，厚度由下到上均匀减小，保证竖向刚度宜均匀变化；2、平面尺寸（1）外框筒边长不应超过45m。（2）内筒与外筒或外框架的中距取7～12m为宜，可采用预应力混凝土楼（屋）盖，必要时可增设内柱。（3）筒中筒结构中的外框筒宜做成密柱深梁，一般情况下，柱距为1～3m，不宜大于4m且不宜大于层高；3、构件截面尺寸（1）内筒（2）外框筒柱截面宜做成矩形或T形。长边在框筒平面内。尽量少用方柱和圆柱。筒体的角部是联系两个方向的结构协同工作的重要部位，受力很大，通常要采取措施予以加强；内筒角部通常可以采用局部加厚等措施加强；外筒可以加大角柱截面尺寸，采用L形、槽形角墙等予以加强，从而提高承载力及稳定性。但角柱面积过大，会加大剪力滞后现象，使角柱产生过大的轴力，故通常角柱面积宜取中柱面积的2倍左右。（3）外框筒梁的截面高度不小于600mm，可取柱净距的1/4左右，常取1～1.5m。在框筒顶部设置1～2层高的刚性环梁，以提高整体框筒的空间整体性。5.3.3竖向布置1.筒体结构的高宽比不应小于3，并宜大于4，其适用高度不宜低于60m，以充分发挥筒体结构的作用；高宽比也不宜过大，非地震区不宜超过8，设防烈度为6、7、8、9度时，高宽比限值分别为6、6、5、4。2.开孔率是框筒结构的重要参数之一，框筒的开孔率不宜大于40%，任何情况下开洞率不大于50%。洞口的高宽比应尽量接近层高与柱距的比值，避免细高和扁宽的洞口。使裙梁的高度减小使柱的宽度减小5.4筒体结构的楼盖筒体结构层数很多，降低层高具有重要意义。因此，除普通梁板体系外，常用的楼板体系还有扁梁梁板体系、密肋楼盖、平板体系等，均可降低梁板高度，从而使楼层高度也可以降低。框筒或束筒结构可设置内柱，以减小楼盖梁的跨度，内柱只承受坚向荷载而不参与抵抗水平荷载。采用普通梁板体系时，楼面梁的布置方式一般沿内、外筒单向布置。外端与框筒柱一一对应；内端支承在内筒墙上，框筒或筒中筒结构梁板体系楼盖典型的布置方式如图所示。筒中筒结构的内外筒间距通常为10～12m，宜采用预应力楼盖。•施工准备•1.技术准备（1）.施工图纸已会审，现场施工人员必须认真审查图纸，熟悉会审纪要，明白设计意图，做好技术交底，明确施工工艺和技术质量要求，掌握工程的特殊性；（2）.施工方案、施工进度计划、质量检验计划已编制并批准；施工总平面布置及小区化管理方案已评审通过。•（3）.应做好施工管理人员上岗前的岗位培训，保证掌握施工工艺、操作方法，考核合格后方可上岗，对管理人员进行技术交底、季节性交底，使全部管理人员作到心中有数。技术人员应对全体施工人员进行进场前的安全、文明施工的宣传。对特殊工种作业人员必须持证上岗。对各施工班组进行施工前技术、质量交底；•（4）.钢筋、埋件翻样人员仔细阅读图纸，对钢筋、埋件进行翻样并出据翻样单，按照翻样单编报材料计划，计算周转材料用量报材料员采购进场；•（5）.测量人员根据厂区控制网位置，作好工程控制桩的测量定位，并作好标识加以保护。2.人员准备•混凝土工、钢筋工、木工、电工、普工、焊工、起重工。电工为特殊工种，其作业人员必须持证（特殊作业人员操作证）上岗；单项技术员全面负责单项工程技术策划、施工质量监督及现场管理调度工作，材料员负责施工用材料的采购、进场及检验工作。电工负责用电设备的维护和安全防护工作；工人要严守操作工序，把好质量关，遵守现场安全文明施工管理规定，听从指挥，服从管理。•3.材料、设备准备（1）施工需用材料需保质保量并及时供应到位；（2）把好材料质量关，并做到跟踪资料齐全；（3）周转性材料保证供应及时、齐全、准确；（4）进场的钢筋必须有质保书。发现脆断、焊接性能不良或力学性能显著不正常现象，对该批钢筋进行化学成分检验，合格后方能使用；（5）施工主要设备已就位，能保证现场连续施工。•作业步骤与方法•1、测量放线•2、钢筋工程（1）钢筋配料依据钢筋翻样单进行，要考虑钢筋的形状、尺寸在满足设计要求的前提下有利于加工安装。配料时，还应考虑施工需要的附加钢筋。如：梁板双层钢筋网中保证上层钢筋网位置用的钢筋撑脚。钢筋配料前应清除钢筋表面锈斑和杂物。一般先断长料，后断短料，尽量减少浪费。对于相同构件，集中配料，以加快进度和节约用材。钢筋断料应使用无齿锯，保证端头平齐。钢筋中若劈裂、严重变形应切除掉。钢筋配料应按列入加工计划的配料单，将每一编号的钢筋制作一块料牌。作为钢筋加工的依据，并在安装中作为区别各工程项目、构件和各种编号钢筋的标志。钢筋配料中，不得随意增减，代换钢筋数量、规格和品种。如果需要钢筋代换时，必须由技术人员负责找设计部门办理材料变更签证。（2）钢筋连接￠16以上￠32以下采用闪光对焊连接，￠16以下采用绑扎连接，筒体立筋采用电渣压力焊，同一连接区段接头面积为25%，筒体环向钢筋采用绑扎接头并按25%数量错开接头。平台梁板钢筋采用绑扎、电弧焊、闪光对焊连接，接头按50%进行错开。（3）首先凿除基础面或施工缝部位的浮渣残石并冲洗干净，再弹墙板柱边线，对被冲斜或间距不正的钢筋进行纠正。•3、模板工程（1）筒壁模板施工a）截面及半径控制b)水平缝的处理c)竖向缝的处理d)模板的加固处理e)模板的清理及维修4、混凝土工程•作业方法及要求：•钢筋、模板经验收合格后，安排混凝土浇筑。砼施工前应清理模板内杂物，用水充分湿润。检查原材料的品种、规格、质量是否符合设计配比的要求，数量是否满足本次施工。同时还应检查各种机械设备是否运转正常。每一段砼浇筑顺序由东向西。考虑干灰库为圆形结构，砼浇筑顺序采用从最远点下料，向两边分，最后会合。操作时分层浇筑，分层振捣。5、混凝土的养护混凝土养护采用覆盖棉毡养护浇水养护，养护时间不少于7d。混凝土浇筑注意事项：•a、砼浇注时泵管出口严禁正对模板、柱插筋，以防砼冲击插筋使其移位。•b、模板看护人员及时检查模板情况，发现问题及时处理并汇报。•c、混凝土如因特殊原因不得不中断浇筑，应立即通报现场主管工程师进行处理。并作相关的应对措施。•d、混凝土浇筑过程中应随时检查模板、钢筋、预埋件情况，如发现胀模、漏浆和位移时，应立即停止浇筑进行处理，并在混凝土初凝前修整好。并安排专人对模板及其支架进行观察和维护。•e、混凝土浇筑前应密切注意天气预报，避免在雨天进行。当连续浇筑遇到下雨天时，则应及时调整混凝土配合比并防止雨水淋入搅拌车出料口内，浇筑好的混凝土应用塑料薄膜覆盖，防止混凝土与雨水直接接触。