4-28筒体结构在线视频

同学你好

这一讲的内容是我们这一门课程的最后一讲

筒体结构

筒体结构是由若干纵横交接的剪力墙

集中的布置到房屋的内部或者外部

形成的封闭筒体

用来承受房屋大部分或全部的竖向荷载

以及水平荷载

比如这个图左边是实腹筒

设置的位置一般在电梯间楼梯间

设备管道井围成的这个部分

右边空腹筒用于设在建筑物的四周

可以开窗

筒体结构它的变形

比如说实腹筒体

当高宽比小于1的时候

以剪切变形为主

高宽比大于4的时候以弯曲变形为主

在1和4之间

它的侧向位移曲线介于剪切与弯曲之间

就变成弯剪型

筒体结构的适用范围也非常广泛

筒体结构的空间结构

因为它是周边的剪力墙通过角部连接在一起的

所以它的抗侧刚度和抗扭刚度都非常大

一般设置在各种高层和超高层公共建筑内

右边列出的这些著名的建筑都是筒体结构的

比如这个是约翰汉考克中心

筒体结构

这里列出了一些技术参数比如楼高

然后它的受力的一些情况设计的情况

这个是希尔斯大厦

这个建筑也非常有名

1974年落成之后保持世界上最高建筑25年

筒体结构的体系

按照它设置筒体的位置的不同

受力形式的不同可以分为三大类

框架-筒体结构

筒中筒结构以及组合筒体结构

首先来看框架筒体结构

设置的时候

是把框架-剪力墙结构中的剪力墙

集中的组成封闭的筒体

框架-剪力墙里面的剪力墙设置的时候

可以是单片的

不一定是要在角部给它结合起来的

框架-筒体结构

是把框架-剪力墙里面的剪力墙

集中的形成封闭的筒体

竖向的荷载主要由框架和筒体共同承担

水平荷载主要由筒体承担

它的变形特点和框架-剪力墙结构类似

水平荷载作用下侧移曲线是弯剪型

框架-筒体结构有两类形式

一个是框架-实腹筒

另外一个是框架-空腹筒

框架-实腹筒是一般设置的时候

中央剪力墙设置成核心筒

周边是外框架

框架-空腹筒设置的时候

中央为内框架周边是间距比较密的柱子

和每层的窗间的梁组成的外框筒

然后形成的框架-空腹筒

这个适用范围

常用于50层左右最高的可以达到100层

这三个图布置的时候可以参考一下

就是框架-筒体结构

再来看筒中筒结构

筒中筒结构布置的时候

外桶和内筒中间可以再加一道筒形成多重筒

那么外筒和内筒之间的距离如果过大的时候

楼盖结构在自身平面里面的刚度就没办法保证

内筒如果设的比较大

那么它占的建筑的面积就比较大

使用面积就减小了

内筒如果设的比较小

那么内筒和外筒之间距离就过大了

所以在设计的时候

筒中筒结构它有一些具体的要求

筒中筒结构布置的时候有哪些要求

比如说是它的平面形式

然后外框筒之间它柱子之间的距离

内筒的边长尺寸

跟外筒的边长的关系等等

有一些具体的指标

这些内容是在

高层建筑混凝土结构技术规程里面

筒体的那一部分都有比较详细的规定

这里是摘录了其中一部分

这一页课件还是关于筒中筒结构布置的

另外再看一下组合筒

组和筒是将几个筒体组合成一个整体

比如这个例子里面

角筒中心筒

三个角筒一个中心筒组合起来的这个

就是组合筒结构

它是组合起来的筒体

共同承担竖向和水平向的荷载

常用于75层左右的高层建筑中

层数也比较高了

下面来看一下筒体结构

在侧向力的作用下它的受力特点

以及筒体结构采用的计算方法

筒体结构在侧向力作用下

它的受力有什么特点呢

筒体结构它本身是一个薄壁结构

就说它既有薄壁结构自身的特点

又由于组合成一个整体

那么它又有组合筒体的特点

比如说剪力滞后效应

剪力滞后效应在这个图上简单的说

正常的材料力学的公式

我们算出来是虚线分布的

它是在截面上是成一个线性分布的

但是实际的情况是角部的

算出来角部的力应力要比中部的大

我们把这个就叫做剪力滞后效应

这个是框筒结构

底部柱内正应力的分布

还是剪力滞后的问题

另外对于实腹的箱形截面

考虑墙内纵向剪切变形的时候

横截面内的正应力分布

也有剪力滞后或者负剪力滞后的问题

在侧向力作用下

筒体结构由于存在剪力滞后效应

所以尽管它是

几个方向连起来封闭的这样一个结构

整体空间整体性比较好

但是也不能按照平截面假定进行内力计算

由于有剪力滞后效应

或者是负剪力滞后效应

使得这个材料的强度不能充分发挥

所以也减少了结构的整体抗侧刚度

在筒体结构里面

任意一个方向的侧向力作用在筒体结构上

主要是由腹板来承担

筒中筒结构外力所产生的总剪力

在内外筒之间的分配

它和内外筒的抗侧刚度有关

在不同的高度分配的比例不一样

在结构的底部

内筒承担了大部分的剪力

外筒承担的剪力比较小

侧向力产生的弯矩

它是由内外筒共同承担

外筒承担的更多一些

那么筒体结构的计算方法主要有四类

最常用的还是采用编程的方式

计算机程序来完成

我们看一下手算的方法

可能的方法有哪些

但是这个手算的工作量也是非常大的

比如说第一个空间杆系薄壁柱矩阵位移法

就是把一般的梁柱单元作为空间杆件考虑

把内筒 角柱

它这个单元作为空间薄壁杆件

用矩阵位移法来求解

这个一般也是编程用它工作量能减小

比如这是一般的空间杆件单元和

空间开口薄壁杆件的单元

另外第二个方法是平面展开矩阵位移法

就是把筒体结构各榀平面单元

仅考虑它在自身平面内的作用

并且楼盖在自身平面刚度无限大的假定

可以将空间结构简化成平面结构来进行计算

这个是本来它是一个

原来的结构是一个空间的我们给它展开

然后变成一个平面的结构

来根据矩阵位移法进行计算

第三种方法是等效弹性连续体的能量法求解

基于楼板在其自身平面里面刚度无限大

并且框筒的筒壁在其自身平面外的作用

忽略不计

可以只考虑在平面内的作用

把框筒结构简化成

四榀等效的弹性板所组成的无孔实腹筒体

用能量法求解

比如这是等效的轴向刚度特征值

这是等效的剪切刚度特征值

另外第四类办法还可以采用有限条分析法

这种方法是一种半解析的方法

通过分离变量把三维空间结构的分析

简化成二维问题

再把二维问题简化成一维问题

首先在分析的时候

把框筒结构简化为等效的弹性连续体

连续化以后把内外筒和楼盖梁分成若干

底部固定上部自由的竖条

然后根据假定把这些有线条平面化

然后再利用最后平面应力有线条

来分析结构的受力

好这就是这门课所有的内容再见