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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（d2d1，21）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。与框架相比，框筒可以充分发挥结构的空间作用。在水平力作用下，除了与水平力方向一致的腹板框架受力以外，垂直于水平力的翼缘框架可承受很大的倾覆力矩，因而框筒的抗侧刚度很大；结构构件都布置在建筑物周边，框筒抗扭刚度也很大。图8-3从框架到框筒框筒也可看成在实腹筒上开了很多小孔洞，但它的受力比一个实腹筒要复杂得多。剪力滞后现象使翼缘框架各柱受力不均匀，各柱轴力大小成抛物线型分布，中部柱子的轴向应力减少，角柱轴向应力增大；腹板框架与一般平面框架相似，各柱轴力也不是直线分布(图8-4)。这一作用使楼板产生翘曲，并因此而引起内部间隔和次要结构的变形，使结构的空间作用变小。如何减少剪力滞后影响成为框筒结构设计时的主要问题。从结构概念上看，世界中心采用密柱深梁的钢框架筒体作为主要抗侧力结构体系，在当时是一场高层建筑结构设计的革命。这种体系力求在建筑物外围建立一种用密柱深梁的三维墙式结构来抵御侧向荷载，使得内部楼盖平面内可以相对地取消或减少立柱和支撑，也就是可以增加使用面积。这种框架筒体由4片框架方格组成，方格中框架柱的“强”弯曲方向是沿建筑外墙面的（注意：这与一般框架柱的“强”弯曲方向垂直于建筑表面不同），其基本目的是将尽量多的能承受侧向力的材料布置在建筑最外边缘使建筑物横截面惯性最大。在侧向荷载作用下，框架筒体中平行于侧向荷载的框架方格起筒体的“腹板”作用，承受由侧向荷载产生的平面内弯曲和伴随产生的剪切；垂直于侧向荷载的框架方格起筒体的“翼缘”作用，承受由侧向荷载引起倾覆力矩所产生的竖向拉力或压力（见图3-25）。从使用和受力看，这种框架筒体的优点是它既不会遮挡室内采光，又有很大的承受侧向荷载的能力和较大的抗侧移刚度和抗扭转刚度，而且结构型式上下统一，易于安装和施工；它的缺点则是从建筑内部往外看的视线被密布的宽外柱所遮挡，而且则于存在着剪力滞后效应，使它承受侧向荷载的受力和变形效能有所减弱。如果仅就已被撞塌的世贸中心大楼的结构设计来看，它至少有两个问题亟需纠正：一是它采用的是单筒体的密柱深梁框架结构作为主体结构体系，由于筒壁在侧向荷载作用下有...