帶加强层与错层高层结构设计与施工.ppt

1,带加强层与错层高 层结构设计与施工,湖南大学 沈蒲生,2,一、加强层的概念,加强层：指设置了刚度较大水平构件的楼层。有时将加强层称为伸臂。,3,1、加强层的结构形式,4,2、加强层的工作机理,5,表1-2 设加强层与不设加强层对比,6,3、带加强层结构的优点与缺点 优点： （1）增大结构的抗侧刚度，减少结构的侧移。 （2）可将设备层、避难层等做成加强层，实现 使用功能要求与结构需要的统一。 （3）可减小剪力墙、筒体的截面尺寸，节省材 料用量。 缺点： 主要缺点是使结构的竖向刚度、内力和变形发生突变。,4、工程应用情况,7,8,二、加强层的最佳位置及影响因素,（一）加强层的最佳位置,1、按刚性加强层分析,基本假定： （1）外排柱与核心筒横截面沿高度不变； （2）忽略转动惯量和剪切变形影响，忽略 一般楼盖影响； （3）加强层与外排柱铰接，与核心筒刚 接，核心筒承担弯矩，外排柱不承担 弯矩； （4）水平加强层的弯曲刚度无限大。,9,计算简图：,1975年美国学者Taranath计算模型：,10,由图可求得结构的内力和位移方程，根据顶点位移最小的条件，可得下表所示的均布荷载下加强层的最佳位置。,作为工程实际应用，可近似在等分点处布置加强层。,11,2、按弹性加强层分析3，47,加强层的最佳相对位置为： i=b0+bi 式中： 为刚度特征系数， 为0时，伸臂刚度无限大。系数bi见下表。,12,13,14,15,16,17,（二）楼盖刚度及连接方式的影响,18,19,20,（三）外环梁的作用,天津华信商厦51：,21,地下3层，地上48层，屋顶高206m。第21层和第36层设加强层。外环梁高选用三种尺寸：1200mm、800mm、400mm，代号分别为120、80、40，第21层设加强层时的代号为J21,第36层设加强层的代号为J36。,22,23,24,25,三、带加强层结构算例,1、 基本情况 某建筑50层，各层层高3.5m，房屋总高175m。平面如下图所示，钢框架中柱截面尺寸为750mm750mm65mm，角柱为1000mm1000mm75mm，梁高700mm，混凝土核心筒筒壁厚500mm，隔墙厚300mm。楼面恒载8kN/m2，活荷载2kN/m2。基本风压w0=0.40kN/m2，基本设防烈度为7度，类场地土，第一组，阻尼比0.04。,算例1：,26,a）标准层及加强层平面图,b）结构剖面图,c）三维透视图,ETABS软件反应谱分析,27,2、模型方案,模 型 方 案,刚接,半刚接,铰接,无加强层 17、34层 10、20、30、40层 13、25、38层 25层,28,3、周期与振型比较,注：周期单位为 s 。,29,a）X向振型,b）Y向振型,30,4、结构顶层位移对比,31,5、结构楼层变形对比,地震作用下,风荷载作用下,32,6、结构楼层变形对比,33,7、加强层对核心筒墙肢内力的影响,弯矩（kNm）,剪力（kNm）,地震弯矩,风荷弯矩,地震剪力,风荷剪力,34,8、加强层对外框架柱内力的影响,a）弯矩（kNm）,b）剪力（kN）,c）轴力（kN）,35,算题2：,1、基本情况 45层，162m。平面和立面图形如右图所示，分析方案如表4-38。,36,2、一道刚臂时刚臂位置与顶点位移的关系,37,3、刚臂数量与位移和层间位移角的关系,38,4、不同方案时柱Z1的轴力,39,5、连接方式对结构性能的影响,注：GG 梁筒刚接，梁柱刚接； GJ 梁筒刚接，梁柱铰接； JG 梁筒铰接，梁柱刚接； JJ 梁筒铰接，梁柱铰接。,40,41,柱Z1的轴力和剪力,四、带加强层结构工程实例,实例1：大连国贸大厦 地下5层，地上 79层，420m高。,42,分别在第23、37、50、62、79层设置桁架式加强层。,43,44,45,实例2：重庆重宾保利国际广场 58层，286.8m高，钢筋混凝土框架-核心筒结构。,46,47,48,水平伸臂桁架：上、下弦采用型钢混凝土杆件，腹杆采用钢杆件。,49,50,51,52,53,54,五、错层结构的概念,1、错层结构分类,55,2、错层结构的形式,56,57,3、错层结构的受力特点 （1）楼盖被分割，楼面在自身平面的 刚度被削弱。 （2）错层处的框架柱或墙可能被形成 短柱或短墙。 （3）错层处的梁柱节点应力集中，受 力复杂，容易发生破坏。,58,六、错层结构的受力分析,（一）柱的抗侧刚度,h,59,1、并联柱的抗侧刚度,60,2、串联柱的抗侧刚度,各柱剪力：,61,（二）错层结构手算方法 1、在错层框架的某一跨或某几跨中增设虚梁,62,2、根据柱的串联、并联情况，将增设虚梁跨的框架等效为一根独立柱。,63,3、求框架在水平荷载下的各柱剪力。,64,4、将等代柱的剪力按照“柱间无荷载时柱剪力不变及同层柱剪力按D值大小分配”的原则，分配给设置虚梁框架的各柱，求得各柱的剪力。,65,（二）分析例题,66,等效框架柱剪力,添加虚梁,等效框架,67,按近似计算法的剪力,按精确计算法的剪力,68,七、改善错层结构受力性能的措施,1、提高错层柱的抗震等级，加大配筋量。 2、将错层柱全柱范围内箍筋加密，改善柱的脆性。 3、当柱的截面尺寸较大时，沿柱两个方向的中线设缝。,69,4、当错层高度较小时，在梁端加腋。,5、适当加大非错层柱的截面尺寸和适当减小错层柱的截面尺寸，调整柱的刚度比，降低错层柱的弯矩和剪力，改善错层柱的受力性能。,70,6、在错层框架中设置撑杆，减小错层柱剪力。 7、在错层框架中设置剪力墙，减小错层柱剪力。,71,八、两种改进的错层 结构算例分析,（一）设撑杆的错层 框架结构,72,73,74,75,76,（二）带剪力墙的错层 框架结构算例,77,已知：20层，按图A和图B两种方式布置剪力墙。基本风压为0.40kN/m2，地面粗造度为B类。基本雪压为0.45kN/m2；楼面活荷在为2.0kN/m2；装修恒载为2.0kN /m2。基本设防烈度为7度，类场地土，第一组。 要求：分别计算不设剪力墙、按图A和图B设剪力墙时各柱的剪力。,78,79,结束语,（1）为了加强钢框架与混凝土核心筒的联系，增加结构的整体性，增大结构的抗侧刚度，减小结构的侧向变形，可以在结构中设置加强层。 （2）加强层的数量根据结构的高度而定，一般不宜超过34道。 （3）当加强层为1层、2层、3层、4层时，加强层的最佳位置