筒体结构

筒体结构当高层建筑结构层数多，高度大时，由平面抗侧力结构所构成的框架，剪力墙和框剪结构已不能满足建筑和结构的要求，而开始采用具有空间受力性能的筒体结构。筒体结构的基本特征是：水平力主要是由一个或多个空间受力的竖向筒体承受。筒体可以由剪力墙组成，也可以由密柱框筒构成。一、筒体结构的类型1.筒中筒结构由中央剪力墙内筒和周边外框筒组成组成；框筒由密柱、深梁组成，2.筒体—框架结构，亦称框架—核心筒结构，由中央剪力墙核心筒和周边外框架组成，见图3-26（b）。3.框筒结构，见图3-26（c）。4.多重筒结构，见图3-26（d）。5.成束筒结构，见图3-26（e）。6.多筒体结构，见图3-26（f）。二、筒体结构的受力性能和工作特点1.筒体是空间整截面工作的，如同一竖在地面上的悬臂箱形梁。框筒在水平力作用下不仅平行于水平力作用方向上的框架（称为腹板框架）起作用，而且垂直于水平方向上的框架（称为翼缘框架）也共同受力。薄壁筒在水平力作用下更接近于薄壁杆件，产生整体弯曲和扭转。筒体受力特点见图3—28。框架—筒体结构及计算简图见图3—29。2．框筒虽然整体受力，却与理想筒体的受力有明显的差别；理想筒体在水平力作用下，截面保持平面，腹板应力直线分布，翼缘应力相等，而框筒则不保持平截面变形，腹板框架柱的轴力是曲线分布的，翼缘框架柱的轴力也是不均匀分布；靠近角柱的柱子轴力大，远离角柱的柱子的轴力小。这种应力分布不再保持直线规律的现象称为剪力滞后。由于存在这种剪力滞后现象，所以筒体结构不能简单按平面假定进行内力计算。3.在筒体结构中，剪力墙筒的截面面积较大，它承受大部分水平剪力，所以柱子承受的剪力很小；而由水平力产生的倾覆力矩，则绝大部分由框筒柱的轴向力所形成的总体弯矩来平衡，剪力墙和柱承受的局部弯矩很小。由于这种整体受力的特点，使框筒和薄壁筒有较高的承载力和侧向刚度，而且比较经济。4.当外围柱子间距较大时，则外围柱子形不成框筒，中央剪力墙内筒往往将承受大部分外力产生的剪力和弯矩，外柱只能作为等效框架，共同承受水平力的作用，水平力在内筒与外柱之间的分配，类似框剪结构。5.成束筒由若干个筒体并联在一起，共同承受水平力，也可以看成是框筒中间加了一框架隔板。其截面应力分布大体上与整截面筒体相似，但出现多波形的剪力滞后现象，这样，它比同样平面的单个框筒受力要均匀一些。三、筒体结构布置1．以方形、圆形平面为好。2．可用对称形的三角形或人字形。3．外框筒柱的柱距以不大于4.0m为好。4．矩形平面时，长宽比不宜大于2.0。5．四角的柱子宜适当加大，一般截面加大2～3倍。可做成L形，八字形。6.筒体结构只有在细高的情况下才能近似于竖向悬臂箱形断面梁，发挥其空间整体作用，一般情况下H／B宜大于4。7．由于框筒是空间整体受力，主要内力沿框架平面内分布，所以，框筒宜采用扁宽矩形柱，柱的边长位于框架平面内。也可采用一字形柱。一般不宜采用圆形柱和方形柱，因为加大框筒柱壁厚对受力和刚度的增大效果远不如加大柱宽有效。8．裙梁的截面，宜采用窄而高的梁。梁高一般为0.6～11.5m，宽度取同墙厚。一般不小于250mm。梁高hb可取hb≥(1／3～1／4)lx。9．内筒的尺寸一般应争取内筒边长为外筒边长的1／3为好。10.可以在框筒顶部设置1～2层高的刚性环梁来提高整个框筒的空间整体性。框架一核心筒结构的结构布置这是超高层建筑的一种较经济的结构类型，它是建立在建筑平面设计时将竖向交通、卫生间、管道系统以及其他服务性用房，集中布置在楼层平面的中心部位，将办公用房布置在外圈，结构利用中心部分的钢筋混凝土墙体形成核心筒作为结构抵抗水平力的主要抗侧力构件，外圈则采用梁、柱形成的框架，与核心筒形成整体，这种体系称为框架一核心筒结构。一、框架一核心筒结构的主要构件1．框架梁柱；2．核心筒混凝土墙体3．楼盖：次梁，楼板二、结构布置的基本要求1.核心筒宜贯通建筑物全高。核心筒的宽度不宜小于筒体总高度的1／12，当外圈角部设置角筒、剪力墙或其他增强结构整体刚度的构件时，核心筒的宽度可适当减小。2．核心筒应具有良好的整体性，并满足下列要求：（1）墙肢宜均匀、对称布置。（2）筒体角部附近不宜开洞，当不可避免时，筒角内壁至洞口的距离不应小于500mm和开洞墙的截面厚度。（3）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l／16及200mm；不满足时，应计算墙体稳定，必要时可增设扶壁墙。在满足承载力要求以及轴压比限值（仅对抗震设计）时，核心筒内墙可适当减薄，但不应小于160mm。（4）筒体墙的水平、竖向分布筋不应少于两排。（5）抗震设计时，核心筒的连梁，宜通过配置交叉暗撑，设水平缝或减小梁截面的高宽比等措施来提高连梁的延性。3．框架一核心筒结构的周边柱间必须设置框架梁。4．核心筒的外墙与外框架柱的中距，非抗震设计大于12m，抗震设计大于10m时，宜采取另设内柱等措施。5．核心筒的外墙与外框架柱之间宜加设框架梁，框架梁与核心筒外墙相交处应于墙内加设暗柱或壁柱。框架梁不宜搁置在核心筒的连梁上。6．核心筒的外墙，不宜在水平方向连续开洞，洞间墙肢的截面高度不宜小于1.2m；当洞间墙肢的截面高度与厚度之比小于3时，宜按柱进行设计计算。三、楼盖的结构形式框架一核心筒的楼盖可以采用以下任一形式：1.当外框架柱与内筒外墙之间布置有框架梁时，可采用大开间平板（图3—81）或在框架梁之间加设次梁，形成肋形楼盖（图3—82），这时板的跨度减小，板的厚度可小些。2.当外框架柱与内筒外墙之间无框架梁时，楼盖可采用以下几种形式：（1）平板（即无梁板）（图3—83），当跨度较大时，可在板内加预应力，提高板的刚度和抗裂；（2）单向或双向密肋楼板（图3-84、图3-85），当跨度较大时，可在板肋中加预应力。3．核心筒内部的楼盖一般均采用平板。筒中筒结构的结构布置筒中筒结构包括外筒为框筒内筒为混凝土墙的筒中筒，内外筒均为混凝土筒，内外筒均为框筒的结构。框筒是指由密排柱加裙梁围成的筒体与各层的楼盖组成的考虑空间整体作用下具有很强的抵抗水平力的结构（图3—86）。一、筒中筒结构的主要构件：1．外框筒的柱及裙梁；2．内筒的混凝土墙；3．楼盖的楼板、梁。二、筒中筒结构的基本要求1．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。2．矩形平面的长宽比不宜大于2，以正方形为好。3．内筒的边长可为高度的1／12～1／15，如有另外的角筒或剪力墙时，内筒平面尺寸可适当减小。内筒宜贯通建筑物全高，竖向刚度宜均匀变化。4．三角形平面宜切角，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；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（见图3-87）。5.外框筒应符合下列规定（1）柱距不宜大于4m，框筒柱的截面长边应沿筒壁方向布置，必要时可采用T形截面。不得采用圆形柱、方形柱，柱应均匀布置。（2）外框筒洞口面积不宜大于墙面面积的60％，洞口高宽比宜与层高与柱距之比值相近。（3）外框筒裙梁的截面高度可取柱净距的1／4。（4）角柱截面面积可取中柱的1～2倍。（5）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。6．筒中筒结构的高度不宜低于60m，高宽比不应小于3。7．内筒的外墙与外框柱间的中距，非抗震设计大于12m。抗震设计大于10m时，采取另设内柱等措施。8．内筒中的剪力墙截面形状宜简单。内筒墙应满足抗震墙结构对墙体的一切要求（如底部加强部位，约束边缘构件等）。9．内筒的外墙不宜在水平方向连续开洞，洞间墙肢的截面高度不宜小于1.2m。10．楼盖主梁不宜搁置在内筒的连梁上，主梁搁置在内筒外墙处应在墙内加设暗柱。11.跨高比不大于2的框筒裙梁和内筒连梁宜采用交叉暗撑；跨高比不大于l的框筒裙梁和内筒的连梁应采用交叉暗撑。此时梁的宽度不宜小于200mm（图3—88）。三、楼盖的结构形式筒中筒结构在水平力作用下，主要靠内外筒体的空间整体作用来承担水平力，楼盖只是起到将内外筒连成整体及承担楼层竖向荷载的作用，因此楼盖结构可仅考虑承受楼层竖向荷载的作用，单独进行设计。常用的楼盖结构有以下几种：l.无梁平板。在外框筒与内筒外墙之间可采用无梁板。当跨度较大时。可适当加设只承受竖向荷载的柱；也可在无梁板中，加预应力提高板的刚度和抗裂能力（图3—83）。2.密肋楼板。可单向设置或双向设置（图3—84。图3—85）。3．肋形楼盖。在外框筒与内筒外墙之间布置主、次梁及板，这时的主、次梁只承担楼盖竖向荷载，可不参予抵抗水平力。主梁不必与外筒柱刚接，也不一定要支承于柱上。