筒中筒结构布置

word专业资料-可复制编辑-欢迎下载第八章筒体结构设计第一节筒体结构概述一、筒体结构的组成筒体结构是指由一个或几个筒体作为承受水平和竖向荷载的高层建筑结构。

筒体结构适用于层数较多的高层建筑。

采用这种结构的建筑平面，最好为正方形或接近于正方形。

组成筒体结构的构件主要有梁、柱、斜撑、墙肢、连梁、刚域节点等，这些构件首先组成单筒（图8-1），单筒是筒体结构的基本组成单元，它的结构形式主要有实腹筒、框筒和桁架筒。

按筒体结构布置与选型的要求，单筒可以继续组合成筒中筒、束筒、框架-核心筒等各种结构形式。

图8-1单筒1、实腹筒体结构实际上是一个箱形梁。

图8-2表示箱形梁的受力图。

上面薄板中的拉应力实际上是由于槽钢传到板边的剪应力而引起的，因此这个拉应力在薄板宽度上的分布并不是均匀的，而是两边大，中间小。

对于宽度较大的箱形梁，正应力两边大、中间小的这种不均匀现象称为剪力滞后。

剪力滞后与梁宽、荷载、弹性模量及侧板和翼缘的相对刚度等因素有关。

对于宽度较大的箱形梁，忽略剪力滞后作用将对梁的强度估计过高，是不合适的。

图8-2 箱形梁受力图实腹筒结构常用来作为竖向交通运输和服务设施的通道，同时也是结构总体系中抗侧力的主要构件。

如果建筑物中只有一个实腹筒，一般都应该设置在建筑平面的正交中心部位；当多于一个时，则应对称布置。

实腹筒常常需要开一些孔洞或者门洞(如电梯井的门等)，当筒体的孔洞面积小于30％时，虽然其自身的刚度和强度会有所下降，但对于初步设计来讲，这些影响还是可以忽略不计的，如例8-1。

如果筒体表面的孔洞面积大于50％～60％时，特别是将筒壁作为外墙时，它的结构受力性能更接近于框筒，其自身的强度和刚度都会有相对较大的降低，此时，初步设计就不得不考虑孔洞的影响。

图8-3 结构体系有效宽度对侧向刚度的影响（1212δδ<<>，d d ）2、框筒结构是由密排的柱在每层楼板平面用窗裙墙梁连接起来的密柱深梁框架（图8-3）而组成的空腹筒。

试析高层建筑筒中筒结构设计1.引言进入21世纪，越来越多的超高层建筑拔地而起，超高层建筑的不断增多一方面是反映近代城市经济繁荣发展以及社会科学进步的重要标志，另一个方面是一个国家或者地区经济发展与科技水平的综合体现于反映。

随着近年来我国国民经济的高速发展，使得我国在超高层建筑的建设速度、质量、规模等方面均取得举世瞩目的傲人成绩。

目前超高层建筑采用筒中筒结构较为普遍，我国超高层建筑分布主要集中在长三角、珠三角、京津冀以及广东、深圳等发达地区，建筑高度的记录也不断被刷新。

我国超高层建筑的飞速发展，使结构设计技术面临多方面的严峻考验，本文从超高层建筑的筒中筒结构体系设计出发，剖析了筒中筒结构的优缺点及其在设计时需要注意的细节问题。

2.超高层建筑筒中筒结构体系我国超高层建筑结构在上世纪80年代之前，基本是由钢筋混凝土三大常规结构体系构成，即剪力墙结构、框架结构以及框架×剪力墙结构组成。

伴随着建筑高度的不断向上攀升，“超高层建筑对于地震作用、风荷载等水平力的结构安全控制能力更加严苛和显著，超高层建筑所需要采用的结构体系与建筑本体的高宽比例、高度、结构所用材料、最大承载能力、最优抗震性能、工程造价、场地以及现实施工条件等都有着极为密切的联系”[ ]。

目前在我国以及世界范围内，以空间整体受力为基本特征的筒体建筑结构形式得到了青睐与广泛应用，超高层建筑所采用的主要结构体系有以下四种形式：框架×简体结构、筒中筒结构、矩形框架结构以及束简结构体系。

2.1筒中筒结构的特点筒中筒结构体系主要是由内外两层简体结构组合构成。

“其中外筒普遍是由密柱深梁所组成的钢（型钢）框筒，也可以是由交叉柱或者桁架筒组成的网络筒；而内筒既可以是桁架筒类的网格筒，也可以是由钢筋混凝土组成的墙筒体”[ ]。

在房屋达到一定的高度时，需要在超高层建筑的内筒与外筒中间设立可伸臂桁架用以减少由于楼层较高作用力下的建筑侧移。

在水平荷载的作用力下，内筒主要以弯曲为主，外筒主要以剪切形为主，二者之间相互作用与制约，如外筒的刚度足够大（例如外筒采用框架结构的交叉网格筒），这时由于外筒和内筒需要通过外部伸臂桁架以及楼板进行协同工作，此时内筒的刚度以及大小就可做适当的放松。

高层民用建筑筒中筒结构体系简析摘要：随着我国城市化进程的不断深入推进，高层与超高层建筑也越来越常见。

作为一种在技术层面上性能优良的结构体系，筒中筒结构本身有着良好的抗震性能和抵抗风力荷载的性能，也因为其具有这样的优点，筒中筒结构体系在高层与超高层民用建筑中获得了较为广泛的应用。

本文简要阐述了高层与超高层民用建筑筒中筒结构体系的特点，并着重对其布置要点及该结构自身具有的优缺点进行了分析。

关键词：高层建筑；筒中筒结构；优缺点1 引言随着计算机技术的不断发展、结构设计方法与理论的不断完善，高层与超高层民用建筑也越来越常见。

作为一种特殊的建筑结构，高层民用建筑通常需要更强的抵抗外部荷载的能力，因此高层与超高层建筑选用怎样的建筑结构体系就需要我们进行深入的分析和认真的考量。

本文，我们将着重探讨筒中筒结构体系。

2 筒中筒结构特征与简介由于高层与超高层民用建筑需要考虑地震力、风荷载等一些水平力对结构安全性能的影响，所以高层民用建筑必须要具备足够的承载能力、极强的抗震性能并要保证其造价不至于过高。

高层与超高层建筑目前采用的结构体系大致有四种，分别为框架简体结构、矩形框架结构、束简结构以及筒中筒结构体系。

而筒中筒结构又因其自身所具有的独特优势而被最广泛的采用。

高层民用建筑筒中筒结构体系分为外筒与内筒双层筒体结构，其中内筒又分为三种，分别为钢框筒、双格筒与析架筒。

外筒分两种，分别为钢筋混凝土墙筒和析架筒。

如果建筑物很高，则可通过在内筒和外筒中间设置一个伸臂析架以减少建筑物发生侧方位移。

若在水平载荷加载作用下，一般内筒是以弯曲状态为主，而外筒则是以剪切形式为主。

内外筒之间用楼板与外伸臂析架相互扶助。

如果外筒达到了一定的刚度值，内筒的刚度和直径大小可相应的降低要求。

事实上，筒中筒的结构体系对外伸臂析架的要求并不是很高，大多时候设不设置外伸臂析架其实影响也并不是太大。

筒中筒简体结构的基本形式包括三种，分别是实腹筒结构、框筒结构和桁架筒结构。

第十章筒体结构设计10.1、筒体结构的布置框筒、筒中筒和束筒结构的布置框筒、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。

（1）筒体结构的性能以正多边形为最佳，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。

结构平面布置应能充分发挥其空间整体作用（2）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；（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，不宜大于4；框筒梁的截面高度可取柱净距的1/4左右。

以及开孔率满足规定要求。

（4）框筒结构的柱截面宜做成正方形、矩形或T形，若为矩形截面，由于梁、柱的弯矩主要在框架平面内，框架平面外的柱弯矩较小，则矩形的长边应与腹板框架或翼缘框架方向一致；（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，其高宽比一般约为12，不宜大于15；如有另外的角筒或剪力墙时，内筒平面尺寸还可适当减小。

内筒贯通建筑物的全高，竖向刚度宜均匀变化；内筒与外筒或外框架的中距，非抗震设计时宜大于12，抗震设计时宜大于10，宜采用预应力混凝土楼（屋）盖，必要时可增设内柱。

（6）由于框筒结构柱距较小，在底层往往因设置出入通道而要求加大柱距，必须布置转换结构；（7）框筒结构中的楼盖构件(包括楼板和梁)的高度不宜太大，要尽量减小楼盖构件与柱子之间的弯矩传递，可将楼盖做成平板或密助楼盖，采用钢楼盖时可将楼板梁与柱的连接处理成铰接；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，筒中筒结构的内外筒间距通常为10—12m，宜采用预应力楼盖。

图10.1.1 筒体结构梁板式楼面布置示意图10.2、框架核心筒结构的布置10.2.1、框架-核心筒结构的受力特点对由密柱深梁形成的框筒结构，由于空间作用，在水平荷载作用下其翼缘框架柱承受很大的轴力；当柱距加大，裙梁的跨高比加大时，剪力滞后加重，柱轴力将随着框架柱距的加大而减小，即对柱距较大的“稀柱筒体”，翼缘框架柱仍然会产生一些轴力，存在一定的空间作用。

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。

幻灯片1第七章 筒体结构● １.特点：● 筒体结构——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● 剪力墙集中布置不妨碍房屋的使用空间，建筑平面布置灵活，适用于各种高层公共建筑和商业建筑● 2.筒体结构体系的类型：框筒结构、筒中筒结构、 框架核心筒结构、多重筒结构和束筒结构。

幻灯片2 幻灯片3一、框筒结构幻灯片4幻灯片5 五、束筒结构当建筑物的高度或其平面尺寸进一步加大，以致与框筒结构或筒中筒结构可以看成若干个框筒结构的组合，它就可以有效地减少外筒翼缘框架中的剪力滞后效应，使内筒或内部柱充分7.1筒体结构的类型发挥作用。

7.2筒体结构的受力性能和工作特点筒体结构的基本特征是：水平荷载主要是由一个或多个筒体承受，筒体可以是剪力墙薄壁筒，也可以是密柱框筒。

幻灯片6筒体和理想筒体受力是有差别。

理想筒体在水平力作用下，截面保持水平，腹板应力直线分布，翼缘应力相等，而实际框筒则腹板框架轴力曲线分布，翼缘框架轴力也不均匀分布，靠近柱角处轴力大，远离角柱处轴力小。

这种不保持直线分布的现象称剪力滞后现象。

幻灯片7影响框筒剪力滞后现象的因素很多，主要是梁柱线刚度比、平面形状、建筑物的高厚比。

7.3筒体结构的布置一、平面布置和截面尺寸1.平面形状确定筒体结构平面形状的原则：⑴要有利于筒体空间整体工作特性的充分发挥；⑵要具有双轴对称，使地震引起的扭转振动减小到最低限度。

平面形状采用圆形和正方形最为有利。

幻灯片8规则平面形状框筒工作性能幻灯片93、构件的截面尺寸①内筒：内筒的筒墙厚度一般较大，可为350mm以上，一般采用400～500mm。

内筒的其他墙厚一般为200～250mm。

如果刚度不够，可以适当加厚几道主要的其他墙。

②外框筒柱：不论是翼缘框架柱还是腹板框架柱，都宜采用矩形截面，长边在框筒平面内。

尽量少用方柱和圆柱。

有时可以在框筒柱外侧加肋形成Ｔ形截面柱，可以满足建筑艺术的要求，还可以提高柱子在平面外的稳定。

框筒与筒中筒结构特点及布置
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27.2框筒与筒中筒结构特点及布置
弯曲型变形为主，二者通过楼板协同工作抵抗水平荷载，它与框--剪结构的协同工作类似，可以改变原有的变形性能，而使层间变形更趋均匀，框筒的上下内力也趋于均匀。

其次，由于内筒的存在减小了楼板的跨度，因此筒中筒结构的结构受力合理，经济，适用于较高的高层建筑(≥50层)，且十分符合建筑使用要求。

根据上述特点及要求，筒中筒结构的布置需注意以下一些问题：
1.框筒必须做成密柱深梁。

因为密柱深梁才能使窗裙梁的跨高比较小，减小翼缘框架中梁的弯曲及剪切变形，减小柱中剪力滞后现象。

根据经验，一般情况下柱距为1～3m，最大为4.5m；窗裙梁跨高比约为3～4；一般窗洞面积不超过建筑立面的50％。

2.框筒的平面宜接近正方形、圆形。

如为矩形平面，则长短边的比值不超过2，否则在较长的一边，剪力滞后现象会比较严重，长边中部的柱子轴力很小，利用程
4.
5.
开裂。

7.框筒的柱截面做成正方形或矩形。

若为矩形，则矩形的长边应与腹板框架或翼缘框架方向一致，因为梁、柱的弯矩主要在框架平面内，框架平面外的柱弯矩较小。

8.角柱截面要做大一些，以承受较大轴向力，并减少压缩变形，通常取角柱面积为中柱的1.5～2倍为宜。

角柱面积太大，也会加大剪力滞后现象。

虽然框筒及筒中筒结构是一种在高层建筑中高效而经济的抗侧力结构，在60～70年代风行于世界，但是由于结构布置限制较多，窗洞面积较小，目前应用已不如过去普遍，而由一些其他结构体系，例如框架--核心筒结构、巨型框架结构等在高层建筑中应用逐渐增多。