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1、 第七章 筒体结构,底部大空间剪力墙结构,带转换层的高层结构简介第一节 筒体结构分类和受力特点筒体是空间整截面工作结构，如同一根竖直在地面 上的悬臂箱形梁，具有造型美观、使用灵活、受力合理 、 刚度大、有良好的抗侧力性能等优点，适用于30层或100 米以上的超高层建筑。筒体结构随高度的增高其空间作 用越明显，一般宜用于60米以上的高层建筑。目前全世 界最高的一百幢高层建筑约有三分之二采用筒体结构； 国内百米以上的高层建筑约有一半采用钢筋混凝土筒体 结构。 筒体结构可根据平面墙柱构件布置情况分为下列6种 ：（1）、筒中筒结构，它由中部剪力墙内筒和周边外框筒 组成。内筒利用楼电梯间、服务性房间的剪
2、力墙形成薄 壁筒筒由外，周边间距一般在3米以内的密柱和高度较高 的裙梁所组成，具有很大的抗侧力刚度和承载力。密柱 框筒在下部楼层，为了建筑外观和使用功能的需要可通 过转换层变大柱距。（2）、框架-筒体结构，它是由中部的内筒和外周边大 柱距的框架所组成。此类结构外周框架不再与内筒整体 空间工作，其抗侧力性能类似框剪结构。 （3）、框筒结构，某些高层建筑为了使平面中有较大的 空间，以便更能灵活布置，中部不设置内筒，只有外周 边小柱距的框筒。 （4）、多重筒结构，建筑平面上由多个筒体套成，内筒 常由剪力墙组成，外周边可以是小柱距框筒，也可为开 有洞口的剪力墙组成。（5）、束筒结构，由平面中若干密柱形
3、成的框筒组成， 也可由平面中多个剪力墙内筒、角筒组成。 （6）、底部大空间筒体结构，底部一层或数层的结构 布置与上部各层完全不一致，上部为筒中筒结构，底部 外周边变成大柱距框架，从而成为框架-筒体结构。我国所用形式大多为框架-核心筒结构和筒中筒结 构，本节主要针对这二类筒体结构，其他类型的筒体结 构可参照使用。 外框筒在水平力作用下，不仅平行于水平力作用方 向的框架(称为腹板框架)起作用，而且垂直于水平力方 向的框架(称为翼缘框架)也共同受力。剪力墙组成的薄壁内筒，在水平力作用下更接近薄 壁杆受力状况，产生整体弯曲和扭转。框筒结构在受力时的一个特点就是剪力滞后，关于 剪力滞后现象的概念，在在本
4、书第二章、第二节中做了 介绍。第二节 一般规定研究表明，筒中筒结构的空间受力性能与其高宽比 有关，当高宽比小于3时，就不能较好地发挥结构的空 间作用。因此，筒体结构的高度不宜低于60米，筒中筒 结构的高宽比不宜小于3。由于筒体结构的层数多、重量大，混凝土强度等级 不宜过低，以免柱的截面过大影响建筑的有效使用面积 ， 筒体结构的混凝土强度等级不宜低于C30。 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。底部大空间为1层的筒体 结构，沿竖向的结构布置应符合以下要求：1、必须设置落地筒； 2、在竖向结构变化处应设置肯、具有足够刚度和承载力的转换层；3、转换层上、下层结构刚
5、度比为 ， 宜接近1，非抗震设计时 不应大于3，抗震设计时 不应大于2。 可按下列公式计算：式中 、 底层和转换层上层的混凝土剪变模量；、 底层和转换层上层的折算抗剪截面面积，可按上述公式计算；第i层全部剪力墙在计算方向的有效截面面积(不包括翼缘面积)；第i层全部柱的截面面积；第i层的层高；第i层柱沿计算方向的截面高度。第i层的层高；当第i层各柱沿计算方向的截面高度不相等时，可分别计算各柱的折算抗剪截面面积。 楼盖结构应符合下列要求： 1、楼盖结构应具有良好的水平刚度和整体性，以保证各抗侧力结构在水平力作用下协同工作；当楼面开有较大洞口时，洞的周边应予以加强； 2、楼盖结构的布置宜使竖向构件受
6、荷均匀；3、要保证刚度及承载力的条件下，楼盖结构宜采用较小的截面高度，以降低建筑物的层高和减轻结构自重； 4、楼盖可根据工程具体情况选用现浇的肋形板、双向密肋板、无粘结预应力混凝土平板，核心筒或内筒的外墙与外框柱间的中距大于12m时，宜另设内柱或采用预应力混凝土楼盖等措施。角区楼板双向受力，梁可以采用三种布置方式： 1、角区布置斜梁，两个方向的楼盖梁与斜梁相交，受力明确。此种布置 ，斜梁受力较大，梁截面高，不便机电管道通行；楼盖梁的长短不一，种类多。 2、单向布置，结构简单，但有一根主梁受力大。单向平板布置，角部沿一方向设扁宽梁，必要时设部分预应力筋。 3、双向交叉梁布置，此种布置结构高度较小
7、，有利降低层高。楼盖外角板面宜设置双向或斜向附加钢筋，防止角 部面层混凝土出现裂缝。附加钢筋的直径不应小于8mm， 间距不宜大于150mm。筒体墙的正截面承载力宜按双向偏心受压构件计算 ； 截面复杂时，可分解为若干矩形截面，按单向偏心受压 计算；斜截面承载力可取腹板部分，按矩形截面计算； 当承受集中力时，尚应验算局部受压承载力。筒体墙的配筋和加强部位，以及暗柱等设置，与剪 力墙相同。一级和二级框架等于核心筒结构的核心筒、 筒中筒结构的内筒，其底部加强部位在重力荷载作用下 的墙体平均轴压比不宜越过下表的规定，并应按规定设 置约束边缘构件或构造要求的边缘构件。 轴压比一级（9度）一级（7、8度）二
8、级 0.40.50.6剪力墙最大平均轴压比 表71注： 1、N为重力荷载作用下剪力墙肢的轴力设计值；2、A为剪力墙墙肢截面面积； 3、 为混凝土轴心抗压强度设计值。 核心筒或内筒的外墙不宜连续开洞。个别小墙肢的 截面高度不宜小于1.2m，其配筋构造应按柱进行。结构的角柱承受大小相近的双向弯矩，其承载力按 双向偏心受压构件计算较为合理 。由于角柱在结构整 体受力中起重要作用，计算内力有可能小于实际受力情 况，为安全计算，角柱的纵向钢筋面积宜乘以增大系数 1.3。在筒体结构中，大部分水平剪力由核心筒或内筒承 担，框架柱或框筒柱所受剪力远小于框架结构的剪力， 由于剪跨比明显增大，其轴压比限值可适当放
9、松。抗震 设计时，框筒柱和框架柱的轴压比限值可沿用框架-剪力 墙结构的规定。楼盖梁搁置在核心筒或内筒的连梁上，会使连梁产 生较大剪力和扭矩，容易产生脆性破坏，宜尽量避免。第三节 框架-核心筒结构、框架核心筒伸臂结构结构的周边为柱距较大的框架，而实腹筒布置在内 部时，形成框架核心筒结构。它与筒中筒结构在平面 上可能相似，但受力性能却有很大区别。在水平荷载作用下，密柱深梁框筒的翼缘框架柱承受 较大的轴力，当柱距加大、裙梁的跨高比加大时，剪力 滞后严重，柱轴力将随着框架柱距的加大而减小，但它 们仍然会有一些轴力，也就是还有一定的空间作用。正 是由于这一特点，有时把柱距较大的周边框架称为“稀 柱筒体”
10、。 不过当柱距增大到与普通框架类似时，除角柱外， 其它柱子的轴力将很小，由量变到质变，通常可忽略沿 翼缘框架传递轴力的作用，就直接称之为框架以区别于 框筒。框架核心筒结构抵抗水平荷载的受力性能与筒 中筒结构有很大的不同，它更接近于框架剪力墙结构 。 由于周边框架柱数量少、柱距大，框架分担的剪力和倾 覆力矩都少，核心筒称为抗侧力的主要构件，所以框架 核心筒结构必须通过采取措施才能实现双重抗侧力体 系。 核心筒宜贯通建筑物全高。核心筒的宽度不宜小于 筒体总高的，当筒体结构设置角筒、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。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
11、、对称布置； 2、筒体角部附近不宜开洞； 3、抗震设计时，核心筒的连梁可通过配置交叉暗柱、设水平缝或减小梁的高跨比等措施来提高连梁的延性。4、核心筒的外墙厚度，对一、二级抗震等级的底部加强部位不应小于层高1/16的及200mm ，对其余情况不应小于层高的1/20及200mm，配筋不应少于双排；在满足承载力以及轴压比限值(仅对抗震设计)时，核心筒内墙可适当减薄，但不应小于160mm;实践证明，纯无梁楼盖会影响框架-核心筒结构的 整体刚度和抗震性能，因此，在采用无梁楼盖时,仍应 在各层楼盖设置周边柱间框架梁。 各层框架柱的总剪力 应按下述规定予以调整。满足 楼层，其框架总剪力不必调整，不满足时，其
12、框架总剪力标准值应按 和 二者的较小值采用。框架核心筒结构中常常在某些层设置伸臂，连接内筒与外柱，以增强其抗侧刚度，称为框架核心筒伸臂结构。 伸臂是由刚度很大的桁架、空腹桁架、实腹桁架等 组成。通常是沿高度选择一层、两层或数层布置伸臂构 件。下伸臂的作用原理：在结构侧移时，它使得外柱拉 伸或压缩，从而使得柱承受较大轴力，迎风柱受拉，背 风柱受压，增大了外柱抵抗的倾覆力矩；由于伸臂本身 刚度较大，伸臂使得内筒产生反向的约束弯距，内筒的 弯距图改变，内筒弯距减小；内筒反弯也同时减小了侧 移。伸臂加强了结构抗侧刚度，因此把设置伸臂的楼层 称为加强层或刚性层。 一般情况下，框架核心筒结构的楼盖跨度较大
13、, 需要设置楼板梁，那么设置伸臂后，就可以减小楼板梁 高度，可采用预应力梁或减小梁间距等各种方法以满足 竖向荷载要求，这样有利于减小层高或增加净空。伸臂对结构受力性能影响是多方面的，增大框架中 间柱轴力、增加刚度、减小侧移、减小内筒弯距是其主 要优点，是设置伸臂的主要目的。 伸臂也带来一些不利影响，它使得内力沿高度发生 突变，内力的突变不利于抗震，尤其对柱不利。设置伸 臂时，伸臂所在层的上、下相邻层的柱弯距、剪力都有 突变，不仅增加了柱配筋设计的困难，而且上、下柱与 一个刚度很大的伸臂相连。地震作用下这些柱子容易出 现塑性铰或被剪坏，使得结构沿高度的刚度突变，对抗 震不利。因此在非抗震区，设置
14、伸臂的利大于弊，而在 地震区，必须慎重设计，否则会弊大于利。 伸臂层柱子内力突变的大小与伸臂刚度有关，伸臂 刚度越大，内力突变越大；伸臂刚度与柱子刚度相差越 大，则越容易形成薄弱层（柱端出现塑性铰或被剪坏） 。 因此，如何设置和设计伸臂是框架核心筒伸臂结构 设计的主要问题。 第四节 筒中筒结构研究表明，筒中筒结构的空间受力性能与其平面形 状和构件尺寸等因素有关，选用圆形和正多边形等平面 ， 能减小外框筒的“剪力滞后”现象，使结构更好地发挥 空间作用，矩形和三角形平面的“剪力滞后”现象相对 较严重，矩形平面的长宽比大于2时，外框筒的“剪力滞 后”更突出，应尽量避免；三角形平面切角后，空间性 质也
15、会相应改善。 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，设计时要尽可能增大建筑使用 面积，内外筒之间一般不设柱，若跨度过大也可设柱以减 小水平构件跨度。矩形平面的长宽比不宜大于2。内筒的边 长一般为外筒边长（或直径）的1/2左右，为高度的1/12 1/15，如有另外的角筒和剪力墙时，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。 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。 除形状外，外框筒的空间作用的大小还与柱距、 墙面开
16、洞率，以及洞口高宽比及层高与柱距之比等有关 矩形平面框筒的柱距越接近层高、墙面开洞率越小，洞 口高宽比与层高柱距比越接近，外框筒的空间作用越强 ； 由于外框筒的侧向荷载作用下的“剪力滞后”现象，使 角柱的轴向力约为邻柱的12倍,为了减小各层楼盖的翘 曲，角柱的截面可适当放大。外框筒应符合下列要求： 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； 2、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似； 3、角柱截面面积可取为中柱的12倍，必要时可采用L形角墙或角筒。 筒中筒结构的外框筒墙面上洞口尺寸，对整体工作 关系极大，为发挥框筒的筒体效能，外框筒柱一般不宜 采用正方形和圆形截面，因为在相同梁柱截面面积情况 下，采用正方形截面，梁柱的受力性能远远差于扁宽梁 柱（表72）。 为了不使斜裂缝过早出现，或混凝土过早破坏，外 框筒梁和内筒连梁的截面尺寸同剪力墙连梁一样，应符 合一定的要求，见公式（562）（56
