第2章-2.6 筒體課件

2.6.筒體結(jié)構(gòu)體系(參考第8章)筒體結(jié)構(gòu)體系概述，布置與特點筒體結(jié)構(gòu)的基本類型2.6.1框筒與剪力滯后效應(yīng)2.6.2桁架筒－鋼結(jié)構(gòu)筒體結(jié)構(gòu)的組合類型2.6.3筒中筒－砼結(jié)構(gòu)8.4.2筒中筒結(jié)構(gòu)的布置2.6.4多筒結(jié)構(gòu)體系2.7框架核心筒結(jié)構(gòu)2.8巨型結(jié)構(gòu)體系(簡介)建筑學(xué)補充-2核心體與電梯建筑學(xué)補充-核心體

核心體(筒)的功能(建筑)核心體-通常為筒體是重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，也是重要的建筑功能空間核心體是垂直和水平交通的連接樞紐三類功能：1、垂直交通與疏散系統(tǒng)；2、服務(wù)空間；3、設(shè)備空間核心體的面積為標(biāo)準(zhǔn)層面積的20-30%核心體的使用功能中心核心體單側(cè)和雙側(cè)核心體-板式建筑單側(cè)一般在短邊的一側(cè)上邊的中部雙側(cè)則在兩個長邊方向?qū)ΨQ布置單側(cè)核心體體外核心體有更加集中的辦公區(qū)間適用于大公司，不適用出租型辦公樓多處設(shè)置疏散樓梯筒體(空間)結(jié)構(gòu)與平面結(jié)構(gòu)的對比筒體在受水平力時可看成是閉口薄壁截面的梁空間結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件都參與抗側(cè)力框架/剪力墻只能在自身平面內(nèi)抵抗側(cè)力廣東國際大廈左圖為筒中筒結(jié)構(gòu)體系。外筒為框筒，內(nèi)筒為鋼筋混凝土實腹筒。右圖為桁架筒是鋼結(jié)構(gòu)三種類型的筒體比較筒體結(jié)構(gòu)的基本類型1、剪力墻薄壁筒：又稱為實腹筒。2、框筒：加密柱距(密柱深梁)。3、桁架筒：四壁由豎桿和斜桿組成。剛度：實腹筒>桁架筒>框筒變形：彎曲型彎剪型彎剪型(接近剪切型)實腹筒-剪力墻薄壁筒實腹筒的布置要求與剪力墻相同。實腹筒不能有貫穿整個建筑高度的開口PKPM給出的一個實際工程的筒體施工圖筒體結(jié)構(gòu)體系概述與特點定義：閉合的剪力墻組成的空間結(jié)構(gòu)體系特點：1、空間體系：受力合理、計算復(fù)雜。2、懸臂結(jié)構(gòu)：水平力作用下可以看成是固定于基礎(chǔ)上的箱形懸臂構(gòu)件，比單片平面結(jié)構(gòu)具有更大的抗側(cè)剛度和承載力，并具有很好的抗扭剛度。3、偏心受壓：作為柱子按偏心受壓構(gòu)件配筋4、抗扭剛度大：由于筒體的對稱性5、適宜建造高層或超高層建筑筒體結(jié)構(gòu)的特點－空間受力性能無論那一種筒體，在水平力的作用下都可以看成是固定于基礎(chǔ)上的懸臂結(jié)構(gòu)。抗側(cè)移剛度和承載能力均大于單片平面結(jié)構(gòu)(剪力墻或框架)。適宜建造高度更高的超高層建筑。具有很好的抗扭剛度：筒體的對稱性。2.6.1框筒＋8.4節(jié)框筒：可看成是在實腹筒中開許多規(guī)則排列的窗洞所形成的筒體。也可以看成是把諸多壁式框架首尾相連相成的筒體。特點：密柱深梁-比較壁式框架空間結(jié)構(gòu)－各構(gòu)件都參與抗側(cè)力注意：框架是平面結(jié)構(gòu)框筒的剪力滯后效應(yīng)-軸力不均勻分布現(xiàn)象：翼緣和腹板框架的角部柱軸力大、中部柱軸力小。翼緣框架更加嚴重。原因：裙梁傳遞剪力的能力弱后果：降低了筒體的空間效能、降低了結(jié)構(gòu)抵抗水平荷載的能力、角柱中可能會出現(xiàn)拉力。剪力滯后現(xiàn)象我們希望前后各三根柱子同時承受水平力。設(shè)計的外力是加在翼緣上的中柱只能通過框架梁傳遞力來與兩端的框架柱同步伸縮—來參與工作。前后的水平框架梁如果太長則不足以提供保證中間柱子伸長和縮短的力。所以中柱的受力有限。中間的柱子是構(gòu)造柱，沒有梁連接前后兩個柱框筒結(jié)構(gòu)的變形形式－P.228腹板框架(類似框架)－剪切型翼緣框架－彎曲型整體變形－彎剪型(偏于剪切)剪力滯后的原因1、腹板框架主要抵抗水平力，導(dǎo)致一端柱伸長，另一端柱縮短。2、翼緣框架中柱的力通過裙梁從角柱傳來。3、梁并非剛性。裙梁的變形使中間柱的軸向變形越來越小。4、同樣的原因使得腹板框架的兩端柱受力大，中間柱子受力小。避免剪力滯后的特點與措施1、裙梁的高度/跨度—梁越柔越嚴重實際上是減小洞口面積2、角柱面積－角柱剛度越大剪力滯后效應(yīng)越嚴重。3、框筒結(jié)構(gòu)高度－底部更嚴重，上部較輕(軸力小)4、框筒平面尺寸/形狀－翼緣框架越長越嚴重。避免剪力滯后的措施設(shè)置加勁密柱框架-提高裙梁的高度、減少裙梁跨度設(shè)計成束筒結(jié)構(gòu)－向成束筒靠近設(shè)置加強層設(shè)置加強層前后的變形趨于均勻無外伸桁架時，框架梁的變形大，不能有效地把力傳遞給框架柱。樓板也發(fā)生較大的變形。世界最高樓房建筑1－5位【按到屋頂排列】成束筒可以有效減少剪力滯后相當(dāng)于多了若干腹板－承受水平作用型鋼混凝土束筒+外鋼框架，7度抗震設(shè)防深圳地王大廈5格型鋼混凝土束筒43.5×12m型鋼柱地王大廈：核心筒(束筒)＋外框架RC核心筒(束筒)+外伸桁架＋外框型鋼混凝土柱及鋼柱，88層，高420m，7度抗震設(shè)防上海金茂大廈混凝土芯筒，筒壁840mm,C50(底部)460mm,C35(87層)54層以上筒內(nèi)部中空，形成天井上海金茂大廈24-26,51-53,85-87層各有一個兩層樓高的外伸鋼桁架，與8個巨型柱相聯(lián)460mm井字形肋墻，形成9個束筒51,91層各設(shè)置一個消防水箱全樓總用鋼量為7.6萬噸基礎(chǔ)為1000根鋼管樁。金貿(mào)大廈－組合結(jié)構(gòu)體系

混凝土實腹筒＋外伸鋼桁架＋混凝土組合柱2.6.2桁架筒桁架筒一般由鋼材做成。與框筒相比，它更能節(jié)省材料，并具有更大的抗側(cè)剛度。桁架筒－巨型支撐筒體美國芝加哥的100層Hancock大廈。支撐交于一點保證傳力路徑連續(xù)跨層支撐和剪力墻板增加支撐或斜向布置抗剪墻板以減少剪力滯效應(yīng)的影響約翰·漢考克大廈（1965～1970，337m，設(shè)計者：SOM）

筒體結(jié)構(gòu)的組合類型框架－筒體：內(nèi)筒是實腹筒(核芯筒)，外面布置大柱距的普通框架。內(nèi)筒承受大部分水平力。筒中筒：內(nèi)外幾層筒體組合而成，通常內(nèi)筒為剪力墻薄壁筒，外筒是框筒。成束筒：分開布置的并列的多個筒。廣東國際大廈1990年建成，為當(dāng)時我國國內(nèi)最高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高200.18m，地上63層，地下兩層，局部4層。為筒中筒結(jié)構(gòu)體系，外筒31.1×37m,矩形平面，由24根中柱和4根異型角柱組成。樓板為220mm無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土，層高3m。底層柱尺寸已達1.8*2.2m2.6.3筒中筒－砼結(jié)構(gòu)關(guān)于筒中筒結(jié)構(gòu)外框筒：柔，抵抗傾覆力矩(在外部)內(nèi)實腹筒：剛，抵抗側(cè)力變形曲線：彎剪型(外框筒時)雙重抗側(cè)力體系(P.228)：內(nèi)砼實腹筒、外框筒。哪個是第一道防線？深圳發(fā)展中心大廈，(43層，高165.3m，加上天線的高度共185.3m)，是我國第一座大型高層鋼結(jié)構(gòu)建筑。深圳發(fā)展中心大廈五層處沿外筒設(shè)置大截面轉(zhuǎn)換梁，使得四層以下柱距為9.2m香港中環(huán)廣場－筒中筒體系地下兩層、地上39層高155m1-3層型鋼骨砼結(jié)構(gòu)4層以上鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)筒21×21m外筒45×45m柱距＝3m內(nèi)外筒間鋼梁12m內(nèi)筒兩端邊柱設(shè)支撐2道高5.4m鋼桁架圈梁支撐和桁架的布置減小了剪力滯，提高了內(nèi)筒的整體抗彎能力筒中筒－鋼結(jié)構(gòu)(P.23)筒中筒結(jié)構(gòu)布置

P.228注意以下對兩個筒尺寸的要求高層建筑混凝土強度等級的變化實例B、C棟11層以上每10層改變一個等級。A棟每三層改變兩個等級。樓板的混凝土強度等級低于豎向承重體系的強度等級2.6.4多筒結(jié)構(gòu)體系成束筒兩個以上的筒體排列在一起成束狀，成為成束筒。成束筒的抗側(cè)移剛度比筒中筒結(jié)構(gòu)還要高，適宜的建造高度也更高。多筒體系——成束筒鋼結(jié)構(gòu)－成束筒世界最高的全鋼結(jié)構(gòu)建筑1974年美國在芝加哥又建成了當(dāng)時世界最高的西爾斯大廈，110層，高443m，鋼結(jié)構(gòu)。4道鋼桁架鋼筋混凝土框筒束鋼混框筒束2.7框架-核心筒結(jié)構(gòu)框架筒體體系的類型內(nèi)筒外框架：芯筒＋框架外筒內(nèi)框架：外筒為框筒多筒＋框架體系(芯筒、端筒、角筒)端筒+框架芯筒+端筒+框架角筒+芯筒+框架框架筒體協(xié)同工作框架與筒體組合結(jié)構(gòu)體系－舉例1.核芯筒－框架結(jié)構(gòu)體系2.框架－端筒結(jié)構(gòu)體系3.框架－多筒結(jié)構(gòu)體系芯筒

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框架體系芯筒

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框架體系端筒＋框架在中間獲得較大的空間用于平面比較狹長的建筑芯筒

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端筒

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框架適用于平面尺寸較大的情況芯筒

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角筒

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框架鋼框筒－內(nèi)框架紐約世界貿(mào)易中心鋼框筒－內(nèi)框架高層辦公樓和旅館電梯數(shù)量的估算入口要有明顯標(biāo)志。到各區(qū)的距離適中。過道設(shè)置在邊上，避免非乘梯人員穿過侯梯廳。電梯(間)各部分名稱轎廂高層辦公樓3000-5000一部客梯服務(wù)梯(貨梯、消防梯)=1/3~1/4客梯。高層旅館電梯數(shù)量的估算100標(biāo)準(zhǔn)間一部電梯服務(wù)梯=30%~44%客梯高層住宅電梯數(shù)量的估算高層建筑電梯的布置超高層建筑的電梯垂直分區(qū)每15層一區(qū)，低層稍多，高層稍少。超高層建筑的電梯垂直分區(qū)安全出口和防火分區(qū)每個防火分區(qū)至少要有兩個安全出口安全出口要符合安全疏散距離的要求疏散樓梯間要防煙防火防煙樓梯間：從走道到防煙間(或陽臺或凹廊)，再到樓梯間封閉樓梯間：四面有墻，通過防火門進入。消防電梯的設(shè)計消防電梯的設(shè)計要求1.自然排煙設(shè)置排煙前室的方法2機械防煙電梯機房的設(shè)計要求井道上部設(shè)緩沖高度(4.5m)下部設(shè)底坑(1.4m)。2.8巨型結(jié)構(gòu)體系(簡介)巨型框架＝巨型柱＋巨型梁(或巨型桁架)巨型柱：大截面箱型柱(類似筒)或?qū)嶓w柱。巨型梁：每隔若干層，設(shè)置一道巨型梁。巨型桁架：大截面的豎桿和斜桿組成的懸臂桁架結(jié)構(gòu)。巨型結(jié)構(gòu)的兩級體系一級結(jié)構(gòu)(主框架)：巨型框架或巨型桁架二級結(jié)構(gòu)(次框架)：上下巨型梁之間由普通梁柱組成的結(jié)構(gòu)。其荷載直接傳遞到一級結(jié)構(gòu)。二級結(jié)構(gòu)自身承受的荷載較小，構(gòu)件截面較小，增加了結(jié)構(gòu)布置的靈活性和有效使用面積。緊靠上層巨型梁的樓層甚至可以不設(shè)置柱，形成較大的空間。這是該結(jié)構(gòu)體系的主要優(yōu)點所在。各次級框架柱網(wǎng)的尺寸可以不同。這是與普通框架結(jié)構(gòu)的另一個重要區(qū)別。利用筒體作為柱子，在各筒體之間每隔數(shù)層用巨型大梁相連，由筒體和巨型梁形成巨型框架。雖然仍是框架形式，由于梁和柱子的斷面尺寸很大，巨型框架的抗側(cè)移剛度比一般框架要大的多，因而適宜建造的建筑物高度比框架結(jié)構(gòu)要大的多。巨型框架巨型框架結(jié)構(gòu)巨型框架的三種基本類型巨型框架－日本東京市政廳巨型結(jié)構(gòu)巨型結(jié)構(gòu)北京電視中心采用巨型框架結(jié)構(gòu)體系，其抗震設(shè)防目標(biāo)為：多遇地震作用下，主框架和次框架都處于彈性狀態(tài)；在中震作用下，構(gòu)成巨型框架的桁架梁和巨型柱處于彈性狀態(tài)，因此采用高性能鋼材（Q345GJ），附屬次框架部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件容許在中震下屈服