第6章 复杂高层建筑结构设计,了解筒体结构设计 了解复杂高层建筑结构设计 了解混合高层结构设计,第6章 复杂高层建筑结构设计,6.1筒体结构设计简介 6.2复杂高层建筑结构设计 6.3混合高层结构设计,6.1筒体结构设计简介,一、筒体结构概念 筒体结构是框架剪力墙结构和剪力墙结构的演变和发展，它将抗侧力结构集中设置于房屋的内部或外部而形成空间封闭的筒体。筒体是空间整截面工作的结构，如同竖立在地面上的悬臂箱形截面梁，它使结构体系具有很大的抗侧刚度和抗水平推力的能力，并随房屋高度增加而具有明显的空间作用，因此筒体结构一般适用于层数或高度较大的结构。筒体结构多用于综合性办公楼等各类超高层公共建筑。,6.1筒体结构设计简介,二、筒体结构的类型 筒体结构的类型很多，如图81所示。 （a）为最一般的类型筒中筒结构，它由中央剪力墙内筒和周边外框筒组成 。 （a）筒中筒 （b）框架核心筒 （c）框筒结构 （d）多重筒 （e）成束筒 （f）多筒。,6.1筒体结构设计简介,筒体结构的筒体分为： 剪力墙围成的薄壁筒 由密柱框架或壁式框架围成的框筒 实例 深圳国际贸易中心大厦，50层，158m，钢筋混凝土筒体，外筒由钢骨混凝土和钢柱组成。 广东国际大厦，63层，200m，钢筋混凝土内筒体，外筒由钢骨混凝土和钢柱组成 。,6.1筒体结构设计简介,6.1筒体结构设计简介,6.1筒体结构设计简介,深圳国际贸易中心大厦，50层，158m，钢筋混凝土筒体，外筒由钢骨混凝土和钢柱组成,6.1筒体结构设计简介,广东国际大厦，63层，200m，钢筋混凝土内筒体，外筒由钢骨混凝土和钢柱组成,6.1筒体结构设计简介,三、筒体结构的受力性能 研究表明：筒体结构的空间受力性能与其高度或高宽比等诸多因素有关。筒体是空间整截面工作的，如同一个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，而且垂直于水平力方向上的框架（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。如图72所示。,6.1筒体结构设计简介,6.1筒体结构设计简介,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。 而框筒则不再保持平截面变形，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。 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。,6.1筒体结构设计简介,具有较大的抗弯刚度EI，它比单片剪力墙的抗弯刚度要大得多。在水平荷载作用下，腹板墙体主要承担水平剪力，翼缘墙体承担弯矩。由于翼缘墙体有较大的截面抗拉、抗压，力臂接近于墙间距离B。,第八章 筒体结构简介,四、筒体结构的简化计算方法 框架筒体结构其工作性质类似于框架剪力墙结构。对于筒中筒结构在进行水平力分配时，也可将框筒作为普通框架结构进行处理，则按框架剪力墙结构进行水平力分配。 框架（框筒）和实腹墙筒体之间进行水平力分配时，首先将结构在水平作用的主轴方向上，将框架结构划分为若干片框架；将实腹墙筒体划分为平面剪力墙时，可以考虑垂直方向墙体作为翼缘参与工作，每侧翼缘的有效宽度按规定取值。,第八章 筒体结构简介,五、筒体结构主要构造要求 筒体结构的构造要求 筒体结构的混凝土强度等级不宜低于C30； 筒中筒结构的高度不宜低于60m，高宽比不应小于3； 当相邻层的柱不贯通时，应设置转换梁等构件，为确保转换梁刚度和强度，转换梁的高跨比不宜小于1/6。 筒体结构的楼盖外角宜设置双层双向钢筋，单层单向配筋率不宜小于0.3%，钢筋直径不应小于8mm，间距不应大于150mm，双层双向筋的配置范围不宜小于外框架（或外筒）至内筒外墙中距的1/3和3m。,6.1筒体结构设计简介,五、,6.1筒体结构设计简介,五、筒体结构主要构造要求 框架核心筒体结构的构造要求 核心筒是框架筒体结构的主要抗侧力结构，筒体应尽量贯通建筑物全高，并要求具有较大的侧向刚度。一般情况，当核心筒的宽度小于其总高的1/12时。框架筒体结构之筒体应具有良好的整体性，并满足相应要求。当外框架范围内设置角筒、剪力墙或增强结构整体刚度的构件时，核心筒的宽度可适当减小。,6.1筒体结构设计简介,五、筒体结构主要构造要求 框架核心筒体结构的构造要求 核心筒应具有良好的整体性，墙肢宜均匀、对称布置，筒体角部附近不宜开洞，当不可避免时，筒角内壁至洞口应保持一段距离，以便设置边缘构件，其值不应小于500mm和开洞墙的厚度； 核心筒外墙的截面厚度不应小于层高的1/20及200mm，对于一、二级抗震设计的底部加强部位不宜小于层高的1/20及200mm，当厚度不能满足上述要求时，应验算稳定性。必要时可增设扶壁柱或扶壁墙；,6.1筒体结构设计简介,五、筒体结构主要构造要求 框架核心筒体结构的构造要求 在满足承载力要求，以及轴压比限值（仅对抗震设计的底部加强部位）时，核心筒内墙可适当减薄，但不得小于160mm。 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高宽比等措施来提高连梁的延性。框架筒体结构的周边柱间必须设置框架梁。,6.1筒体结构设计简介,五、筒体结构主要构造要求 筒中筒结构的构造要求 在相同的水平荷载作用下，以园形的侧向刚度和受力性能最佳，矩形最差；正三角的结构性能也较差，应通过切角使其成为六边形来改善外框筒的剪力滞后现象，提高结构的空间作用。 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。筒中筒矩形平面的长宽比不宜大于2。,6.1筒体结构设计简介,五、筒体结构主要构造要求 筒中筒结构的构造要求 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。 筒中筒结构内筒的边长可为高度的1/121/15，如有另外的角筒或剪力墙时，内筒平面尺寸还可适当减小。内筒宜贯通建筑物全高，竖向刚度宜均匀变化。,6.1筒体结构设计简介,五、筒体结构主要构造要求 筒中筒结构的构造要求 筒中筒结构跨高比不大于2的框筒梁和内筒连梁宜采用交叉暗撑（如图7-6）；跨高比不大于1的框筒梁和内筒连梁应采用交叉暗撑，且应符合相应的规定。,第八章 筒体结构简介,五、筒体结构主要构造要求 筒中筒结构的构造要求 筒中筒结构跨高比不大于2的框筒梁和内筒连梁宜采用交叉暗撑（如图7-6）；跨高比不大于1的框筒梁和内筒连梁应采用交叉暗撑，且应符合相应的规定。,6.2复杂高层建筑结构设计,复杂高层建筑结构主要是：带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构、连体结构以及竖向体型收进悬挑结构等。 9度抗震设计不应采用带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构、连体结构。 7度和8度抗震设计的高层建筑不宜同时采用超过上述规定的两种复杂结构。,6.2复杂高层建筑结构设计,复杂高层建筑结构主要是：带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构、连体结构以及竖向体型收进悬挑结构等。 9度抗震设计不应采用带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构、连体结构。 7度和8度抗震设计的高层建筑不宜同时采用超过上述规定的两种复杂结构。,6.2复杂高层建筑结构设计,一、带转换层的结构 转换结构构件可采用转换梁、桁架、空腹桁架、箱形结构、斜撑等，非抗震设计和6度抗震设计时可采用厚板。 1、转换梁设计 2、转换柱设计 3、箱形结构设计 4、厚板设计 5、框支剪力墙,6.2复杂高层建筑结构设计,2、带加强层的结构 可利用建筑避难层、设备层空间，设置适宜刚度的水平伸臂构件，形成带加强层的高层建筑结构。 加强层可同时设置水平环带构件， 水平伸臂构件、周边环带构件可采用斜腹杆桁架、实体梁、箱形梁、空腹桁架等形式。,6.2复杂高层建筑结构设计,3、错层结构 错层结构宜采用防震缝划分独立的结构单元。 错层结构两侧宜采用结构布置和侧向刚度相近的结构体系。 错开楼层不应归并为一个刚性楼板，计算分析模型应能反映错层影响。,6.2复杂高层建筑结构设计,4、连体结构 连体结构各独立部分宜有相同或相近的体型、平面布置和刚度；宜采用对称的平面形式。7度、8度抗震设计时，层数和刚度相差悬殊的建筑不宜采用连体结构。 连体结构与主体结构宜采用刚性连接。 刚性边连接的连体结构可设置钢梁、钢桁架、型钢混凝土梁、型钢应伸入主体结构至少一跨并可锚固。,6.2复杂高层建筑结构设计,4、连体结构 连体结构各独立部分宜有相同或相近的体型、平面布置和刚度；宜采用对称的平面形式。7度、8度抗震设计时，层数和刚度相差悬殊的建筑不宜采用连体结构。 连体结构与主体结构宜采用刚性连接。 刚性边连接的连体结构可设置钢梁、钢桁架、型钢混凝土梁、型钢应伸入主体结构至少一跨并可锚固。,6.2复杂高层建筑结构设计,5、竖向体型收进悬挑结构 多塔楼结构以及竖向体型收进悬挑结构，竖向体型突变部位的楼板宜加强，楼板厚度不宜小于150MM，宜双层双向配筋。体型突变部位上、下层结构的楼板也应加强构造措施。,6.2复杂高层建筑结构设计,5、竖向体型收进悬挑结构 多塔楼结构以及竖向体型收进悬挑结构，竖向体型突变部位的楼板宜加强，楼板厚度不宜小于150MM，宜双层双向配筋。体型突变部位上、下层结构的楼板也应加强构造措施。,6.3混合高层结构设计,混合高层结构系指由外围钢框架或型钢混凝土、钢管混凝土框架与钢筋混凝土核心筒所组成的框架核心筒结构，以及由外围钢框架或型钢混凝土、钢管混凝土框架与钢筋混凝土核心筒所组成的筒中筒结构。,6.3混合高层结构设计,混合高层结构最大高度（M）,6.3混合高层结构设计,混合高层结构最大高宽比,6.3混合高层结构设计,混合高层结构抗震等级,6.3混合高层结构设计,混合高层结构平面布置,6.3混合高层结构设计,混合高层结构竖向布置,6.3混合高层结构设计,混合高层结构楼盖体系应具有良好的水平刚度和整体性，具体规定如下：,6.3混合高层结构设计,