大家上午好，我叫徐琳，来自烟台市建筑设计研究股份有限公司设计一分院，现任副院长，主要负责结构专业。今天，非常感谢贵校提供这么个平台，可以和在座的各位领导和老师，一起探讨一下现行结构设计中的新技术，新方法以及自己的一些设计心得，不足之处请大家多多指教。

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1 大家上午好，我叫徐琳，来自烟台市建筑设计研究股份有限公司设计一分院，现任副院长，主要负责结构专业。今天，非常感谢贵校提供这么个平台，可以和在座的各位领导和老师，一起探讨一下现行结构设计中的新技术，新方法以及自己的一些设计心得，不足之处请大家多多指教。

2 现行结构设计中的新技术 主讲人:徐琳 副院长 单位：烟台市建筑设计研究股份有限公司

3 主讲内容 一、型钢混凝土在烟台文化中心的应用 及型钢混凝土原理简介 二、结构抗震性能化设计 三、框架核心筒与筒中筒结构的比较

4 一、型钢混凝土在烟台文化中心的应用及型钢混凝土原理简介
1、型钢混凝土在烟台文化中心的应用 文化中心简介 烟台文化中心位于烟台中心 地段，总面积约15万平方米。 整体由三部分组成，由西向 东依次为：博物馆，大剧院， 书城和少年宫。 全国优秀工程勘察设计行业二等奖 山东省优秀工程勘察设计一等奖

5 在这种情况下，我们大胆的采用了型钢混凝土构件，在满足建筑物整体刚度设计的前提下，既解决了大跨度构件的强度和延性，又节约了建筑空间。
整体建筑外形复杂，内部使用功能繁多，造成结构专业设计的难度相当大。特别是大跨度的空间比比皆是，由于空间受限，往往大跨度空间对梁柱尺寸均有限制 在这种情况下，我们大胆的采用了型钢混凝土构件，在满足建筑物整体刚度设计的前提下，既解决了大跨度构件的强度和延性，又节约了建筑空间。 主体结构

6 2、型钢混凝土原理简介 2.1型钢混凝土的概念 型钢混凝土组合结构是把型钢埋入钢筋混凝土中的一种独立的结构形式。型钢混凝土组合结构构件是由型钢、主筋、箍筋及混凝土组合而成，即核心部分有型钢结构构件，其外则为以箍筋约束并配置适当纵向受力主筋的混凝土结构。其基本构件为型钢混凝土梁、柱，也是我们工程中应用的主要型钢构件。

7 2.2 型钢结构的分类 型钢可分为实腹式和空腹式两大类：
（a）实腹式型钢构件可由型钢或钢板焊成，常见的截面形式有工字钢、焊接的H型钢等，也有矩形及圆形钢管。由于制作简单，承载力大，目前被广泛应用，也是我们工程中最常用的。 （b）空腹式型钢构件中型钢一般由缀板或缀条连接角钢或槽钢而组成。此类型比较节省钢材，但制作费用较高，抗震性能相比实腹式型钢较差，目前应用不多

8 型钢混凝土组合结构可分为两类： （a）全部结构构件均采用型钢混凝土结构。（注意此时该体系计算水平地震力时其结构阻尼比取0.04） （b）部分结构构件采用型钢混凝土。

9 2.3 型钢混凝土结构的优缺点 与钢结构相比 1、良好的耐久性和耐火性：型钢外包裹的混凝土具有抵抗有害介质侵蚀，防止钢材锈蚀；型钢外混凝土的保护层厚度，也决定着结构构件的耐火性能，比钢结构好。 2、节约钢材：由于以混凝土和型钢共同承担荷 载，使型钢混凝土成为节约钢材的一个重要手段。 3、受力性能好：普通的钢结构构件具有受压失稳的弱点，而型钢混凝土构件内的型钢因周围混凝土的约束，型钢受压失稳的弱点得到了克服。

10 与普通混凝土相比有以下优点： 1、承载力高：由于受含钢率的限制，钢筋混凝土结构的承载力难以满足多层或高层建筑的要求。型钢混凝土结构中的型钢可以不受含钢率的限制，所以型钢混凝土结构构件的承载力可以高于同样外形尺寸的钢筋混凝土构件的承载能力1倍以上，因而可以减少构件的截面尺寸，不会形成肥梁胖柱，且可以增加使用面积和净高。 2、施工周期短：型钢混凝土结构中的型钢在混凝土未浇筑前就已形成钢结构骨架，它具有相当大的承载能力，能够承受构件自重和施工荷载，并且可将模板固定在型钢上，又可省去为支模板而设置的支撑柱，从而减少了支模板的人工和材料. 3、抗震性能好: 型钢混凝土组合结构由于型钢的设置,其延性比钢筋混凝土结构有明显提高,因此在大震中此种结构呈现出较好的抗震性能.

11 缺点： a 承载力高但相对刚度贡献不大，对于型钢混凝土大跨度梁在承载力满足的情况下很难满足正常使用极限状态下的挠度要求，需采取相应措施。通常可通过取合理的起拱值来解决此类问题. b 施工繁琐，由于型钢的存在梁柱节点部位钢筋很难穿过型钢，设计中需考虑周到，且应针对此问题采取相应的措施。

12 型钢混凝土结构适用范围： 1、从结构形式来讲，适用于框架结构，框架—剪力墙结构、底层大空间剪力墙结构。对于各类结构体系的框架柱当房屋的设防烈度为9度且抗震等级为一级时，框架柱的全部结构构件应采用型钢混凝土结构。 2、从型钢混凝土构件应用范围来讲，当空间收到制约，柱截面尺寸及梁高受限时，可以局部采用型钢混凝土构件。

13 2.4 型钢混凝土构造基本原则 1、实现预期的力学模型原则。
2.4 型钢混凝土构造基本原则 1、实现预期的力学模型原则。 型钢混凝土受弯构件试验表明，受弯构件在外荷载作用下，截面的混凝土，钢筋，型钢保持平截面假定，破坏形态以受压区混凝土压碎，受拉区的钢筋和型钢翼缘屈服为标志，其基本性能和混凝土受弯构件相似，由此建立了型钢混凝土框架梁正截面受弯承载力计算的基本假定。同理也建立了型钢混凝土框架柱正截面偏心受压承载力计算的基本假定。这就要求型钢混凝土各构件的构造必须满足其承载力的基本假定。

14 2、充分发挥型钢混凝土结构的抗震性能原则 3、良好的耐久性和耐火性原则
在型钢混凝土结构中，型钢的配置是结构强度安全，延性抗震的主要因素。只有型钢的配置及其和周围的混凝土，钢筋有机的结合，才能使其充分地发挥良好的抗震性能。 3、良好的耐久性和耐火性原则 从耐久行，耐火性，粘结力及施工操作的各方面要求来讲，建议采用较厚的保护层。但是从受力的角度来说，保护层又太厚，受拉翼缘距中和轴太近又不利与受力，因此要综合考虑优化设计。

15 4、便于施工操作和确保混凝土质量原则。 型钢混凝土结构的施工，不象钢结构和混凝土结构那样单一，两者兼有。型钢布置在钢筋内部，型钢和纵筋间要留出一定的距离，既便于浇筑混凝土，也便于钢材和混凝土之间的传力，还要照顾到箍筋末端弯构的操作。在节点核心区内水平隔板处还要解决板下混凝土与板的密切结合。

16 5、优化设计原则 6、利用型钢与混凝土之间互补性的原则
钢筋，型钢与混凝土材料的选择关系到截面尺寸的大小及经济造价。型钢混凝土结构在一定的外力作用下，可以有多种设计选择，这就存在着优选问题。型钢混凝土结构正截面承载力，由混凝土，型钢及钢筋贡献，宜取三者各自力价比之和的最大者为经济。 6、利用型钢与混凝土之间互补性的原则 型钢混凝土结构构件由型钢钢筋混凝土组成，在满足用钢量最小的前提下，型钢与钢筋可以互补。可以利用型钢和钢筋的互补性优化设计，可以缓和型钢混凝土结构构件构造复杂难以施工的矛盾，例如适应内力变化，灵活的在局部加筋，解决型钢连接的削弱。

17 7、 对不同的部位采用不同构造措施的原则 抗震设计时选用延性结构，使部分部位产生塑性铰。则塑性铰部位的构造要求远高于弹性区。对于塑性铰区钢材要对混凝土进行有效约束，钢材不能有局部屈曲，型钢翼缘不宜穿孔，而对于弹性区构造则可以从简。

18 2.5 设计计算的基本规定 设计计算方法及相关规定
1、按照现行的国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》，采用概率极限状态设计计算方法，采用极限状态的分类。其区别于《钢骨混凝土结构设计规程》（YB ）所采用的累加设计方法。《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ ）已对构件计算公式进行了可靠度分析。 2、型钢混凝土结构的多、高层建筑的平面和竖向布置、地震作用或风荷载作用组合下的内力和位移计算等，应遵守国家标准《建筑结构荷载规范》、《建筑抗震设计规范》、《混凝土结构设计规范》、《钢结构设计规范》以及建筑行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）、《高层民用建筑钢结构技术规范》、《型钢混凝土组合结构技术规范》（JGJ ）的有关规定。

19 型钢混凝土结构的几项基本规定 1、型钢混凝土组合结构房屋的适用最大高度限值详见（JGJ138-2001），结构阻尼比宜取0.04。
4、型钢混凝土结构构件设计应按承载力极限状态和正常使用极限状态进行设计。 5、型钢混凝土结构构件的抗震设计详见（JGJ ）第4.2.6条。 6、型钢混凝土梁的最大挠度应按荷载效应标准组合并考虑荷载长期作用影响的刚度进行计算。 7、型钢混凝土组合结构构件的最大裂缝宽度限值见（JGJ ）。

20 2.6 一般构造 纵向钢筋 1、纵向受力钢筋直径、间距及布置的相关要求，并要尽量考虑纵筋不穿型钢翼缘。
一般构造 纵向钢筋 1、纵向受力钢筋直径、间距及布置的相关要求，并要尽量考虑纵筋不穿型钢翼缘。 2、纵向受力钢筋直径不宜小于16mm，与型钢的净距不宜小于30mm。 3、纵向受力钢筋可采用钢筋束，作为束的钢筋直径不大于25mm,根数以3根为限，钢筋束总面积做为一根钢筋来计算。钢筋束与其他钢筋的净距大于等于1.5d。 4、纵筋可以不等距放置，多集中在角部。为满足箍筋的无肢长度可设置构造钢筋。 5、为方便贯穿构件的型钢，可按照构件的内力包络图来配置钢筋，最大内力处可附加短筋。 6、纵向受力钢筋的锚固长度。 7、纵向受力钢筋的连接。

21 型钢的相关要求 （a）含钢率的相关要求大于2%，不宜大于15%。 （b） 型钢钢板宽厚比限值 混凝土保护层的相关要求 型钢的混凝土保护层最小厚度：对梁不小于100，且梁内型钢两侧距离之和不宜小于截面宽度的1/3;对柱子不小于120。这一规定是考虑了型钢与钢筋的布置，主筋间距，钢筋与型钢的距离，混凝土的填充等因素所确定的。从耐久性，耐火性，粘结力及施工操作的各方面要求来讲，建议采用较厚的保护层。但是从受力的角度来说，保护层又太厚，受拉翼缘距中和轴太近又不利于受力，因此要综合考虑优化设计。

22 剪力连接件 型钢与混凝土之间的粘结应力只有钢筋和混凝土的1/2,因此为保证混凝土与型钢共同作用，或者为了混凝土于型钢之间的应力传递，有必要设置剪力连接件。一般型钢上的剪力连接件为栓钉。

23 2.7 型钢混凝土构件 型钢混凝土梁 （1）型钢 含钢率：梁中的型钢含钢率宜大于4%，较为合理的含钢率为5%-8%。可以用来做为初估型钢尺寸时的一个依据，也可以用来判断设计所取用的型钢尺寸是否合理。 型钢的级别、形式及保护层厚度 A、型钢宜采用Q235或Q345钢； B、型钢宜采用对称截面、充满型、宽翼缘的实腹式型钢； C 实腹式型钢的翼缘和腹板的宽厚比限值详见（JGJ ）； D 型钢混凝土梁内的型钢板件（钢板）厚度不小于6mm； E 型钢混凝土梁的保护层厚度不宜小于100.

24 （2）栓钉 A 型钢上设置的抗剪连接件宜采用栓钉； B 栓钉直径规格宜采用19mm或22mm，其长度不宜小于4倍栓钉直径； C 栓钉间距不宜小于6倍的栓钉直径。 (3) 纵向受力钢筋 A 宜采用HRB335、HRB400级热轧钢筋。 B 配筋率宜大于0.3%。 C 钢筋直径不宜小于16mm，间距不应大于200mm，纵筋以及与型钢骨架之间的净距不应小于30mm和1.5d（d为钢筋的最大直径）。 (4) 截面尺寸 A 截面宽度不应小于300mm，主要是为了浇筑混凝土方便。 B 为了确保梁的抗扭和侧向稳定，高度不宜大于宽度的4倍，且不宜大于梁净跨的1/4。 (5) 混凝土强度等级 混凝土强度等级不宜低于C30。

25 型钢混凝土梁正截面受弯承载力计算 一、计算方法：1、平截面假定基础上的极限平衡法；2、一般叠加法；3、简单叠加法
极限平衡法和一般叠加法吻合较好，但计算繁琐；简单叠加法计算简单，但计算结果偏于保守，适用于手算复核结果。 二、型钢混凝土梁斜截面抗剪承载力计算 计算方法详见（JGJ ）。 三、型钢混凝土梁挠度计算，裂缝计算 备：现有程序计算型钢梁的挠度是不对的。

26 2.7.2 型钢混凝土柱 型钢混凝土柱的构造要求 型钢 纵向受力钢筋
1、含钢率：柱中的型钢含钢率宜大于4%，较为合理的含钢率为5%-8%，不宜大于10%。 2、型钢的级别、形式及保护层厚度 （1）型钢宜采用Q235或Q345钢； （2）型钢宜采用实腹式型钢； （3）实腹式型钢的翼缘和腹板的宽厚比限值详见（JGJ ）； （4）型钢混凝土柱的保护层厚度不宜小于150，最小值为100。 纵向受力钢筋 1、宜采用HRB335、HRB400级热轧钢筋。 2、配筋率不宜小于0.8%。 3、钢筋直径不宜小于16mm，净距不宜小于60mm，钢筋与型钢之间的净距不应小于40mm。

27 截面尺寸 1、设防烈度位8度和9度的框架柱，宜采用正方形截面。 2、型钢混凝土柱的长细比不宜大于30。 混凝土强度等级 混凝土强度等级不宜低于C30。 型钢混凝土柱承载力计算 计算方法详见（JGJ ）

28 2.7.3 型钢混凝土梁、柱节点 型钢混凝土梁、柱节点
梁、柱节点的核心区是结构受力的关键部位,应保证传力明确、安全可靠、施工方便。不允许有过大的局部变形。梁、柱节点包括下列几种形式：型钢混凝土梁与型钢混凝土柱的连接；钢梁与型钢混凝土柱的连接；钢筋混凝土梁与型钢混凝土柱的连接。这三种连接归纳起来就是要解决钢梁和钢柱的连接，梁柱纵筋与内部的型钢的连接。 钢梁和钢柱的连接：刚性连接，满足钢结构的构造要求。 梁纵筋与内部的型钢的连接：梁纵筋尽量绕过柱内型钢，尽量不穿翼缘，当必须穿腹板时，面积不易超过腹板面积的25%。也可在柱内型钢翼缘上焊接一钢牛腿，牛腿的高度不小于0.7倍的梁高，长度不小于1米左右，梁上部，下部纵筋焊接在钢牛腿上。

29 第二部分 一、型钢混凝土在烟台文化中心的应用 及型钢混凝土原理简介 二、结构抗震性能化设计 三、框架核心筒与筒中筒结构的比较

30 主要内容 1、结构抗震设防的概序 2、中震弹性设计与中震不屈服设计参数对比分析 3、结论及建议

31 1、结构抗震设防的概序 2、中震弹性设计与中震不屈服设计参数对比分析 3、结论及建议

32 一.概序 抗震设防目标是一个国家或地区的抗震规范在现有科学水平和经济条件基础上提出来的,抗震设防目标的实现则采用不同水准下不同的抗震设计方法和要求来实现。具体来讲, 我国现行《建筑抗震设计规范》(以下简称抗震规范)采用“三水准,二阶段”的抗震设计方法,其通俗说法即为“小震不坏,中震可修,大震不倒”。

33 我国“三水准”的抗震设防目标:第一水准,建筑物在遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时,一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。第二水准,建筑物在遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时,可能损坏,经一般修理或不需修理仍可继续使用。第三水准,建筑物在遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时,不致倒塌或发生危及生命的严重破坏

34 在具体做法上,为简化计算,抗震规范采用了“二阶段”的设计方法:第一阶段,按小震作用效应和其他荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力,以及在小震作用下验算结构弹性变形。第二阶段,在大震作用下验算结构的弹塑性变形。第一阶段的设计保证结构满足第一水准抗震设防目标的要求,第二阶段的设计保证结构满足第三水准抗震设防目标的要求。至于第二水准抗震设防目标的要求主要是以概念设计和抗震构造措施来加以保证的 。 由此可见,我国目前的抗震设计仍是以小震为基础,中震设计的具体内容涉及很少,仅通过各种抗震构造措施来予以保证。

35 在美国2005年洛杉矶颁布的《洛杉矶地区高层建筑抗震分析与设计方法》和2007年旧金山颁布的《高层建筑抗震设计和评审公告》中，在正常使用极限状态(小震) 、生命安全极限状态(中震)和防止倒塌极限状态(大震)下均需对该地区的高层结构进行设计。近年来随着我国复杂结构、超限结构越来越多,国内一些专家、学者提出,对此类超限高层结构的抗震设计应按照不同性能目标进行分析和验算,即对整体结构或结构关键部位、关键构件进行中震作用下的抗震设计,这种做法也被看成是基于性能抗震设计思想在我国结构设计中的一种体现。

36 全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会在《关于发送<全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会2006年下半年专项审查工作简况>的通知》(建抗超委[ 2006 ] (函) 005号)中说明: “中震,一般指地震影响系数取小震的2.85倍。承载力性能要求中,保持弹性指不考虑构件内力调整(如抗震等级四级)的抗震验算,规范规定的多道防线增大系数可适当调整;不屈服指内力、材料强度均按标准值计算,并且不考虑抗震承载力调整系数,必要时阻尼比可适当增加。”

37 因而,目前工程常见的对于结构中震阶段的设计方法有两种:一种为“中震弹性”设计;一种为“中震不屈服”设计。 本文主要就“中震弹性”和“中震不屈服”这两种设计方法的概念、具体设计参数进行对比分析。

38 主要内容 1、结构抗震设防的概序 2、中震弹性设计与中震不屈服设计参数对比分析 3、结论及建议

39 2 中震弹性设计与中震不屈服设计参数对比分析
2　中震弹性设计与中震不屈服设计参数对比分析 中震弹性与中震不屈服两种设计方法本身既有联系又有区别。 第一,设计阶段相同。中震弹性设计和中震不屈服设计均属于中震阶段的设计方法,也就是说,两种方法均按基本烈度地震作用而不是多遇地震作用进行结构抗震设计。具体来讲,在反应谱法计算中,水平地震影响系数最大值应按基本烈度地震水平取值;在时程分析法中,地震加速度时程曲线最大值也应按基本烈度地震进行取值。为方便起见,中震阶段的水平地震影响系数最大值和加速度时程曲线最大值也可按小震阶段相应值的2.85倍计算。

40 第二,构件应力状态相近。在中震弹性设计中,构件处于弹性状态;在中震不屈服设计中,大部分构件处于弹性状态且已经达到弹性状态的极限状态,即将进入屈服阶段。具体实施时,小震作用下的结构设计在进行内力组合后, 需按GB50011—2010《混凝土结构设计规范》进行内力调整(乘以增大系数) ,以考虑“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”的设计思想,保证结构的安全度;而中震作用下进行的弹性设计和不屈服设计则需取消组合内力调整，构件的抗震等级均取四级。　

41 第三,设计结构安全度不同。按中震弹性进行结构设计,虽取消了内力调整系数,但保留了荷载分项系数,材料强度按设计强度取值,这就使设计构件既在中震作用下处于弹性状态又从一定程度上保留了结构的安全度和可靠度;按中震不屈服进行结构设计,则使设计构件在中震作用下达到弹性极限状态,即在取消内力调整系数的基础上,使荷载分项系数、承载力抗震调整系数取为1.0,且材料强度取为标准值。可以看出,中震不屈服设计是中震弹性设计的承载能力极限状态.

42 主要内容 1、结构抗震设防的概序 2、中震弹性设计与中震不屈服设计参数对比分析 3、结论及建议

43 3　结论及建议 本文通过详细分析结构设计基本烈度地震作用下“中震弹性”和“中震不屈服”两种结构设计要求及参数设置,得到以下结论:

44 (1) 按基本烈度地震(中震)作用进行结构设计时,为方便起见,中震阶段的水平地震影响系数最大值和加速度时程曲线最大值可按小震阶段相应值的2
(1) 按基本烈度地震(中震)作用进行结构设计时,为方便起见,中震阶段的水平地震影响系数最大值和加速度时程曲线最大值可按小震阶段相应值的2.85倍计算。 (2) 工程常用的设计方法有“中震弹性”和“中震不屈服”两种,两种方法均属于中震阶段的设计方法。中震弹性方法设计的主要构件均处于弹性状态,虽取消了内力调整系数,但保留了荷载分项系数,材料强度按设计强度取值。

45 (3) 按中震不屈服进行结构设计,主要构件处于弹性极限,即将进入屈服阶段,因而中震不屈服设计可以看作是中震弹性设计的承载能力极限状态。即在取消内力调整系数的基础上,使荷载分项系数、承载力抗震调整系数取为1.0,且材料强度取为标准值。显然,中震弹性设计较中震不屈服设计的安全储备更大、抗震要求更严

46 (4)通过上网查阅资料及工程实例得到以下几个规律，在这里也和大家分享一下：
抗震等级为一级，特一级的超限高层建筑, 结构的内力调整系数较大, 小震情况下的设计内力往往大于中震的设计内力。

47 ( a) 框架柱在抗震等级为一级情况下的小震设计内力大多大于中震不屈服情况, 即: 小震弹性设计时基本可满足中震不屈服。
因此建议一级抗震等级的框架结构及框剪结构中的框架柱, 抗震性能目标取为中震弹性或高于中震弹性。

48 (b) 框架柱在抗震等级为特一级情况下的小震设计内力均大于中震不屈服的设计内力, 小震剪力大于中震弹性的, 弯矩小于中震弹性的, 即: 小震弹性设计时剪力可满足中震弹性, 弯矩略小于中震弹性。
因此建议特一级抗震等级的框架结构及框剪结构中的框架柱, 抗震性能目标取为中震弹性或高于中震弹性, 设计时应关注小震计算的剪力设计值及中震弹性计算的弯矩设计值。

49 (c) 剪力墙在抗震等级为一级和特一级情况下, 小震弹性设计的底部加强部位剪力设计值大于中震不屈服的, 除此以外的内力均小于中震不屈服的。
因此建议性能目标取为中震不屈服时, 底部加强部位剪力设计值关注小震计算值, 其他计算结果关注中震计算结果。性能目标取为中震弹性时, 结构的设计内力以中震计算结果为准。

50 (d)目前的SATWE软件在进行中震设计时采用振型分解法，并假定结构所有构件在中震作用下的刚度不退化。因此，这种方法计算出来的中震作用下的结构周期值和小震作用下的周期值是一样的。这样，就考虑不了在高烈度区中震作用下，一些结构由于某些构件刚度退化而造成周期变长的事实。另外，对于长周期结构，由于地震影响系数下降较快，采用振型分解法时会出现地震作用下的结构效应可能偏小，此时宜采用弹性动力时程分析等补充。

51 比较 表1

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53 第三部分 一、型钢混凝土在烟台文化中心的应用 及型钢混凝土原理简介 二、结构抗震性能化设计 三、框架核心筒与筒中筒结构的比较

54 1、筒中筒与框架核心筒概念 1-1两者的定义 1-2 通过实例分析两者优缺点 2、框架核心筒的两道抗震防线 3、筒中筒的主要受力特点

55 1-1 定义 筒中筒结构由心腹筒、框筒及桁架筒组合，一般心腹筒在内，框筒或桁架筒在外，由内外筒共同抵抗水平力作用。由剪力墙围成的筒体称为实腹筒，在实腹筒墙体上开有规则排列的窗洞形成的开孔筒体称为框筒；筒体四壁由竖杆和斜杆形成的桁架组成则称为桁架筒

56 框架-核心筒是核心筒结构，属于高层建筑结构。简单的来讲就是，外围是由梁柱构成的框架受力体系，而中间是筒体（比如电梯井），因为筒体在中间，所以称为核心筒，又名“框架—核心筒结构”。

57 1-2 通过实例分析两者优缺点 工程概况 该超高层建筑工程位于无锡市太湖广场边，地上70 层，地下2 层，房屋总高度291.60m，其中1~6 层为商场群楼，7 层以上为商务办公用房及酒店，总建筑面积约为16 万m2。群楼部分采用框架结构；主体采用框架－筒体结构，在26 层、47 层设置加强层。标准层主梁为600x1000，次梁为500x800；‐2 层～40 层框架柱为型钢混凝土柱，40层～68 层为普通混凝土柱，其中‐2 层～6 层柱截面为1800x1800，63 层～顶层柱截面为1100x1100，其余层柱截面在二者之间。

58 本工程建筑结构安全等级为一级，抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度为6 度，地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0. 05g，基本风压值0
本工程建筑结构安全等级为一级，抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度为6 度，地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.05g，基本风压值0.5kN/m2，地面粗糙度类别为C 类。

59 标准层结构布置

60 为了进行比较，现将上述工程主体结构方案（方案一）改为筒中筒结构方案（方案二，其标准层平面图见下图），梁截面大小不变；将框架柱改为剪力墙，其中‐2 层～12 层剪力墙截面为1000x6000，45 层～顶层剪力墙截面为600x4000，其余层剪力墙截面在二者之间。

61 筒中筒结构布置

62 结果对比 把上述两个方案分别用中国建筑科学研究院编制的SATWE 程序进行分析计算，计算中考虑了扭转耦联、模拟施工加载、重力二阶效应，取50 个振型，得出两种方案结构混凝土用量，具体数据见表1, 其计算结果及各项指标详见表2。

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66 本文分析结果表明，筒中筒结构总混凝土用量是框筒结构的1
本文分析结果表明，筒中筒结构总混凝土用量是框筒结构的1.108 倍。按工程经验在超高层建筑结构中梁配筋只占总配筋量约1/3，而竖向构件又均为构造配筋，故两结构中总混凝土用量越大者，配筋量也越大。在本项目中，要用筒中筒结构方案的材料用量较大。 从两方案的计算结果来看，方案一第1 自振周期与方案二相比相差11%，X 方向基底剪力相差17.3%，Y 方向基底剪力相差22.4%,最大层间位移角差异也不小。由此可见，两方案结构整体刚度差别比较大，其中方案二（筒中筒）结构整体刚度较高。

67 由此可见，筒中筒结构具有更高的整体性与侧移刚度，而框筒结构整体性和侧向刚度较小，但材料用量也较小，并且有较灵活的建筑空间布置和较好的建筑外观，应而更经济适用。

68 1、筒中筒与框架核心筒概念 2、框架核心筒的两道抗震防线 3、筒中筒的主要受力特点

69 2、框架-核心筒两道抗震防线 框架- 核心筒因能发挥框架 和筒体两种结构体系的优点, 是高层建筑常用的一种结构 形式. 其具有两道抗震防线：
第一道抗震防线为核心筒； 第二道抗震防线为外框架。

70 地震作用下, 由于核心筒钢筋混凝土剪力墙抗侧移刚度比外框架大的多, 因而承担了绝大部分地震剪力
地震作用下, 由于核心筒钢筋混凝土剪力墙抗侧移刚度比外框架大的多, 因而承担了绝大部分地震剪力. 在常见的钢框架-钢筋混凝土筒体结构体系中, 混凝土墙体一般承受85%以上的水平剪力, 其刚度大小对小震作用下弹性阶段设计的结构侧移起控制作用. 同时, 在中震和大震作用下, 因墙体刚度退化较快, 其变形能力和破坏状态对整个结构的内力重分布和破坏模式更是起着决定性的作用. 因此, 混合结构设计中, 对于核心筒墙体的延性要求较高.

71 提高核心筒的延性的方法 1、合理利用开洞剪力墙体连梁
核心筒剪力墙常见的破坏形式为墙底出现塑性铰. 当剪力墙上开洞口时, 则可以通过合理设计连梁, 使塑性铰首先出现在连梁端部, 最后才在墙底出现, 形成所示的破坏形式. 这要求连梁的刚度及受弯承载力应远小于墙肢抗弯承载力, 且具有足够的延性. 这样, 在高层结构中各层连梁端部形成塑性铰的过程中既能够吸收能量, 又能继续传递弯矩和剪力, 实际上形成了“ 强墙弱梁”的延性抗震结构。

72 因此, 在开洞剪力墙内, 连梁的合理设计实际 相当于增加了一道 附加的抗震防线. 但是要考虑开洞可能 对筒体墙体的削弱, 严格避免小墙肢等 薄弱环节的出现.

73 2 􀀁 带暗支撑剪力墙 在混凝土墙体内布置暗支撑也是一种有效增加剪力墙延性的方法. 钢筋暗支撑和钢骨暗支撑均可有效约束墙体斜裂缝产生, 同时也可明显提高墙体延性和耗能能力对带暗支撑的筒体试验。研究表明, 带暗支撑核心筒的耗能能力比普通筒体提高了98. 1% . 另外, 暗支撑的存在, 墙体( 筒体)后期刚度比较稳定, 刚度衰减缓慢. 这对于框架-核心筒结构延缓框架和核心筒之间的内力重分布有有利的影响。 施工过程复杂, 不利于钢筋绑扎和混凝土浇筑, 且不宜在高宽比较大的墙体中使用,

74 3 型钢混凝土剪力墙 型钢的设置, 使剪力墙端部暗柱承载力和变形能力大幅度提高, 进而对剪力墙的抗震性能也产生相应的增强.有时为了增强结构的空间整体性, 减小结构水平侧移, 楼面钢梁或型钢混凝土梁需要刚接时,也需要在钢筋混凝土墙中设置型钢柱. 即便做成铰接形式, 设置型钢柱也能使剪力墙与钢梁的连接更容易处理. 同时, 墙端设置型钢暗柱时, 用型钢代替密集的纵向钢筋, 对于边缘约束构件的施工也有一定程度的简化. 现阶段只做为构造措施使用，对其抗震性能研 究较少

75 提高外框架抗震性能的方法 核心筒外围的框架主要承受竖向荷载, 并分担按刚度分配所得的一部分水平剪力; 此外, 由于框架外柱的力臂较大, 也将承担较大的倾覆力矩. 根据抗规9.1.1条规定：框架部分分配的楼层地震剪力不宜小于结构底部总剪力的10%。 这就要求外框架具有一定的刚度。

76 1 形成外框筒 若对于外框架的建筑功能( 主要指柱距) 没有特别的要求, 由密排的柱在每层楼板平面用窗裙墙梁连接起来形成框筒是合适的. 框筒的刚度比框架的刚度大的多, 可以承担更多的地震剪力, 因此可以更好的与核心筒协同工作发挥空间整体作用, 是一种高效的抗侧力体系 因外框筒平面尺寸较大, 很容易由连梁的柔性产生剪力滞后现象, 从而降低其抗侧力性能.有效的改进方法是减小柱距或增加连梁的线刚度但这不可避免的影响建筑使用功能, 增加不必要的用钢量. 同时, 增加连梁的刚度, 很难确保框筒的延性要求.

77 2 􀀁 框架-支撑体系 以框架体系为基础, 沿钢框架 两个方向均布置一定数量的 竖向支撑( 见图) , 可以形成 框架-支撑体系。
设置支撑可以有效的增加 外钢框架的刚度, 使外框架 可以更多分担核心筒的 地震剪力. 支撑的设置将会改变建筑的 立面效果, 需要与建筑部分 协调设计.

78 框架核心筒的建议 借鉴其它省市的设计与研究成果针对框架核心筒的结构方案布置提出以下几点建议：

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81 1、筒中筒与框架核心筒概念 2、框架核心筒的两道抗震防线 3、筒中筒的主要受力特点

82 筒中筒结构的受力性能 优点： 筒中筒因其工作性能由 常规结构的平面构件转 为立体构件，空间整体性 强;又因其内外筒之间形成
大面积的无柱空间。 例如：深圳国贸中心 深圳国贸中心

83 1-1、剪力及倾扭力矩在内外简之间的分配 根据设计经验与研究表明： 内筒主要作用是抗剪，外筒主要作用是抗弯，并且外筒的作用随层数增高而增加，内筒作用随层数增高而减小。

84 1-2 总侧移曲线分析 80%以上的倾覆力矩是由竖向构件的轴力来承担的，但这部分轴力引起结构整体弯曲所产生的侧移只占总侧移的20%~30%。这说明筒中筒结构的总体侧移主要是由竖杆自身的弯曲变形而产生的. 因此，设计中应采取某种措施使结构整体弯矩增加，局部弯矩减小，就可以增加刚度，减小侧移.

85 1-3外框筒剪力滞后现象 剪力滞后：由于梁的弹性变形，在侧向荷载的作用下，截面并不保持为平面，角柱处轴向变形为最大，离角柱越远的各柱轴向变形为最小的现象。 剪力滞后在结构工程中是一个普遍存在的力学现象。因此在筒中筒设计中对角部的受力构件采取加强措施：如箍筋加密等。

86 2筒中筒结构影响参数的分析 2-1 高宽比的变化对筒中筒结构的影晌 筒中筒结构高宽比降低，将会影响结构自身
功能的有效发挥，影响结构受力状态合理性，这在结构选型时应特别注意。 据文献研究：某一工程高宽比由3.5下降到1.8时，翼缘柱的作用减小近50%，而墙弯曲却增加一倍多。

87 2-2 外围梁高跨比 高跨比增大能够增大结构刚度减小结构位移
例如某一工程计算时，外框筒窗裙梁高跨比R:由1/3.75增加到1/2.625时，结构顶点位移减小20%，结构底部外框筒所承担的倾覆力矩增大22.6%。由此可见，窗裙梁高跨比的变化对结构受力的影响相当明显.

88 谢谢！