高层建筑结构筒体结构设计
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1 回顾我们对超高层的定义进行了总结,根据CTBUH的定义,将300米以上的建筑定位为超高层建筑(Supertall),将600m以上的建筑定位超级高层建筑(M egatall)。
我们将超高层建筑结构体系主要划分为筒体结构、束筒结构、筒中筒结构、框架-核心筒结构、巨型结构、连体结构和其它一些新型结构体系等。
图1 超高层结构的体系分类我们在上一篇中着重分享了筒体(框筒、支撑筒以及斜交网格筒体)结构体系的特点及案例,在本篇中主要着重分享关于束筒和筒中筒(框筒-核心筒、支撑筒-核心筒以及斜交网格筒-核心筒)结构体系的受力特点及案例。
2束筒结构(Bundled Tube)束筒可以认为是由一组筒体组成的结构,这些筒体由共用的内筒壁相互连接以形成一个多孔的多格筒体。
在这个筒体中,水平剪力主要由平行于水平荷载方向的腹板框架来承担,而倾覆力矩则主要由垂直于水平荷载方向的翼缘框架来承担。
并且,筒体的各个筒格可在不同的高度任意截断而不削弱结构的整体性。
各个筒格所形成的封闭筒体在建筑体型收进后,仍具有较好的抗扭性能。
图2 由半圆筒体和矩形筒体组成的束筒结构束筒是在框筒的基础上发展而来。
对于框筒结构,由于剪力滞后的负面影响,较大的平面尺寸中间位置的结构不能充分参与到结构抗侧中去,这也是限制框筒结构适用高度的一个主要原因。
如果利用框筒结构来设计更高的超高层建筑,可能需要采用更小的柱距来减小剪力滞后的不利影响,例如410m高的纽约世贸中心双子塔的柱距达到了惊人的1m左右,即使这么小的柱距依然呈现出明显的剪力滞后效应。
图3 世贸中心双子塔框筒的剪力滞后效应提出筒体结构体系的Fazlur博士在指导学生的论文时发现,如果利用通长的剪力墙将框筒长边一分为三时,由于隔板剪力墙的协同作用,大尺寸筒体的剪力滞后效应明显降低了,其抗侧刚度也可以得到大幅提升。
图4 束筒结构的原型如果横隔剪力墙可以有效降低长边的剪力滞后效应,那么对于大尺寸的框筒结构,在两个方向都引入横隔剪力墙,必然可以提高大尺寸框筒的整体空间作用。
高层建筑结构设计-作业及解答练习1、某高层建筑筒体结构,其质量和刚度沿高度分布比较均匀,建筑平面尺寸为40mx40m的方形,地面以上高度为150m,地下埋置深度为13m。
已知(100年一遇)基本风压为0.40kn/m2,建筑场地位于大城市市区,已计算求得作用于突出屋面塔楼上的风荷载标准值为1050kn,结构的基本自振周期为T1=2.45s。
为简化计算,将建筑物沿高度划分为五个区段,每个区段为30m,并近似取其中点位置的风荷载作为该区段的平均值,计算在风荷载作用下结构底部的剪力标准值和基础地面的弯矩标准值。
(另附图)突出屋面塔楼风向习题1图解:(1)体型系数:?s1=0.8 ?s2=0.5 ?s=0.8+0.5=1.3(2)风震系数:地面粗糙度为D类, ?0T12=0.4X2.452=2.401KN.S2由 0.32x?0T12=0.32x2.401=0.768 查表3-3得脉动增大系数 ?=1.414 由 H/B=150/40=3.75 查表3-4得脉动影响系数 ?=0.505?z?1??z??HH11=1+Zxx1.414x0.505=1+Zxx0.714 ?zH?ZH?Z(3)风荷载计算:面风载标准值: wzk??z?z?s?0=0.4x1.30x?z?z KN/M2线风载标准值: qz?40wzk=40 x 0.4 x1.30x?z?z KN/M集中分布风载标准值:pz?30qz=30x40 x 0.4 x1.30x?z?z KN区段 ?i Hi/H ?Z ?Z Wzkqz pz (kn/m2) (kn/m) (kn) 突出屋面 135 105 75 45 15 0.9 0.7 0.5 0.3 0.1 1.508 1.304 1.065 0.785 0.620 1.426 1.383 1.3351.273 1.115 1.118 0.938 0.739 0.52 0.359 37.52 29.560 20.80 14.36 1050 5 4 32 1 44.720 1341.60 1125.60 886.80 624.0 430.80 V标=?pz+1050=5458.80knM标=?pzHz=430.80x28+624.0x58+886.80x88+1125.60x118+1341.60x148++1050x163=628820.40kn.m2、某10层钢筋混凝土框架-剪力墙结构,其质量和刚度沿高度分布比较均匀,抗震等级为8度,设计地震分组为第三组,场地类别为Ⅱ类,已知结构的基本自振周期T1=0.95s,各层重力荷载代表值如图所示,采用底部剪力法计算结构的底部总水平地震作用和各层水平地震作用。
高层建筑结构--筒体结构高层建筑结构--筒体结构1. 筒体结构概述1.1 定义筒体结构是指高层建筑中主要采用筒体形式进行承载和支撑的结构形式。
1.2 特点筒体结构具有以下特点:- 采用筒体形式,具有较大的承载能力和稳定性;- 结构整体性强,可以有效抵抗风荷载和地震力;- 建筑空间布局自由度高,可以满足多种功能需求。
2. 筒体结构的设计原则2.1 强度设计原则筒体结构的强度设计原则包括荷载计算、材料选择和结构构造的合理设计。
2.2 稳定性设计原则筒体结构的稳定性设计原则包括考虑结构的整体稳定性和局部稳定性。
2.3 刚度设计原则筒体结构的刚度设计原则包括考虑结构对外荷载的响应以及结构的变形控制。
2.4 功能需求设计原则筒体结构的功能需求设计原则包括满足高层建筑的使用功能和舒适性需求。
3. 筒体结构的主要构件3.1 核心筒核心筒是高层建筑中最主要的承载构件,通常包括墙体、结构柱和楼梯间等。
3.2 外骨架外骨架是筒体结构中起支撑和承载作用的构件,通常采用钢结构或混凝土剪力墙等形式。
3.3 地基地基是筒体结构的基础,起支撑和传递荷载的作用,通常包括桩基和承台等。
4. 筒体结构的施工工艺4.1 筒体结构的施工准备施工前需要进行土地勘测、地基处理和材料准备等工作。
4.2 核心筒的施工核心筒的施工包括模板搭设、钢筋绑扎和混凝土浇筑等过程。
4.3 外骨架的施工外骨架的施工包括钢结构制作、安装和焊接等工艺操作。
4.4 地基的施工地基的施工包括桩基的打桩和承台的浇筑等步骤。
5. 筒体结构的质量控制5.1 施工工艺的质量控制施工工艺的质量控制包括材料的验收、施工工序的检查和质量记录的保存等。
5.2 结构安全性的质量控制结构安全性的质量控制包括进行荷载试验、材料试验和结构监测等。
5.3 结构变形的质量控制结构变形的质量控制包括进行变形监测和控制结构的变形范围等。
6. 筒体结构的维护与修复6.1 筒体结构的日常维护筒体结构的日常维护包括表面清洁、涂层保养和设备检修等。
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。