带加强层高层建筑结构设计

带加强层高层建筑结构设计

唐兴荣工学博士教授苏州科技学院土木工程学院二○一○年二月框架-核心筒结构的外围框架都采用稀柱框架，当房屋高宽比较大、核心筒高宽比较大、外框架较弱时，结构的侧向刚度较弱，有时不能满足设计要求，为更有效地发挥周边外框架柱的抗侧作用，提高结构整体抗侧刚度以满足规范要求，沿建筑物竖向利用建筑设备层、避难层空间，在核心筒与外围框架之间设置适宜刚度的伸臂构件加强核心筒与框架柱间的连系，必要时可设置刚度较大的周边环带构件，加强外周框架角柱与翼缘柱间的连系，构成带加强层的高层建筑结构。图14-2常用规则典型带加强层高层建筑结构的平面、剖面示意

加强层是伸臂、环向构件、腰桁架和帽桁架等加强构件所在层的总称，伸臂、环向构件、腰桁架和帽桁架等构件的功能不同，不一定同时设置，但如果设置，它们一般在同一层，凡是具有三者之一时，都可简称为加强层或刚性层。（a）无加强层

（b）设置一个加强层

（c）设置两个加强层

图14-14框架—核心筒结构体系中内筒承担的弯矩

一、加强层的工作机理1、无加强层的情况在框架—核心筒结构体系中，内筒侧边至外柱的距离一般为8-14m，因使用要求，内筒与外柱间横梁截面尺寸受到限制，横梁的抗弯刚度较小，特别是扁梁或平板结构对内筒在水平荷载作用下因弯曲变形而发生的横截面倾斜转动，基本上不能起制约作用。除框架与内筒形成的并联体对内筒的侧移起一定的约束作用外，框架柱并不能对内筒的竖向拉、压变形产生影响，框架柱也不会因内筒弯曲而产生轴向变形。内筒基本上像顶端自由的伸臂杆一样，受荷弯曲后，各个横截面依旧可以自由产生转动，内筒各截面所承担的弯矩(图14-14a)。

二、伸臂结构形式和连接

加强层采用的水平伸臂构件一般可归纳为实体梁(或整层或跨若干层高的箱形梁)、斜腹杆桁架和空腹桁架三种基本形式(图14-15)。

通常伸臂构件高度都取一层楼高需要刚度更大时，也可设置两层楼高的伸臂构件。

桁架和空腹桁架有较大的抗弯刚度，杆件截面小，特别是利于避免上、下柱端出铰，是伸臂的常用形式。

伸臂所在的楼层无论是设备层，还是避难层，都要布置通道，也就是在伸臂杆件中要允许开洞。如采用实腹梁，则必须开较大的洞口，而桁架和空腹桁架便于设置通道。但钢筋混凝土桁架和空腹桁架的模板制作和浇筑混凝土都比较困难，因此混凝土结构中经常采用钢桁架作伸臂，既可减小重量，又可工厂制作后现场拼装，自然形成通道，是一种较为理想的伸臂结构形式。（a）梁(箱形梁)（b）斜腹杆桁架（c）空腹杆桁架

图14-15加强层水平外伸构件

如果伸臂在安置后立即与竖向构件完全连接，则由于施工过程中外柱和内筒的竖向压缩变形不同，竖向变形差会使伸臂产生初始应力，这对伸臂构件后期受力是很不利的，为了减小这种初始应力，可将伸臂的一端与竖向构件不完全固定（临时固定或做椭圆孔连接），在整个结构施工完成后，大部分在自重下的竖向变形已基本稳定时，再将连接点完全固定。

三、环向构件

加强层采用的周边水平环向构件一般可归纳为开孔梁、斜腹杆桁架和空腹桁架三种基本形式(图14-17)。考虑到建筑外围需要有窗洞采光，此外加强层常常与设备层、避难层结合在一起，更需要对外开敞以便遇到意外灾难时的救援。因此环向构件很少采用实腹梁，多数情况下采用斜杆桁架、空腹桁架。（a）梁(开孔)（b）斜腹桁桁架（c）空腹桁桁架图14-17加强层周边水平环带构件

环向萝构件是指演沿结斧构周侄圈布枪置一筐层（拖或二理层）录楼高纠的桁军架，键其作拉用：

环向镰构件士相当舒于在枯结构告上加煮了一萍道“何箍”讯，可席加强擦结构慨外圈土各竖避向构器件的故联系即，加爬强结依构的坊整体塔性。

由于残它们终的刚序度很灭大，刑也可搜协调帽周圈追各竖快向构时件的饺变形掀，减完小竖窃向变必形差没，使丙竖向光构件绩受力枯均匀组。在服框架-核心段筒结且构中垄，环狡向桁痛架可子加强愤深梁搭的作舍用，挨可减叫少剪尿力滞批后。音也可热以加寻强外贺圈柱湾子的太联系灭，减趟小稀初柱之烂间的云剪力路滞后蹲并增愉大翼拜缘框脚架柱锹的轴吗向力崇，从概而减由少侧迎移，傻但其捕作用抖不如沾设置主伸臂登时直粒接。

在框编架-核心宵筒-伸臂秒结构多中，顷环向往桁架淡的作蒜用是下使相斜邻框须架柱连轴力盲均匀挂化。芝通常公伸臂啊只和城一根丝式柱子磨相连考接，喝环向洲桁架卷将伸性臂产币生的遵轴力旱分散萍在其谦他柱揪子，犹使较厌多的愉柱子炼共同环承受衬轴力顶，因湿此环向朴桁架习常常蒙和伸侍臂结哈合使嘱用。环的梁本俘身对表减小奇侧移馒也有注一定观作用讽，设授置环纵向桁揭架后坏可以僻减小汁伸臂刷的刚插度，行环向间桁架拜与伸阻臂结逼合有尝利于饭减小合框架铅柱和悄内筒毯的内附力突盘变。四、秆腰桁失架和蛾帽桁旅架由于垮在重舞力荷谱载下总的轴幻玉向应弊力不广同，绳或由患于温宅度差症别、堤徐变豪差别妙等，胳常常烛导致萄内筒爆和外板柱的堆竖向抬变形瘦不同李，竖晃向变则形差楼异随滔着结掘构高顺度加派大而慈累积死增大殊，在侄较高冠的高态层建纹筑中捕不容劲忽视后。内、片外构涛件竖遵向变农形差司使楼虫盖大客梁产笑生变偏形和那相应钟的内六力（迫见图14誉-1悬8），条如果粪变形现引起怒的内亚力较雹大，眉会减首小它怪们承茎受使名用荷伍载和芳抵抗仿地震铃作用捆的能眼力，来甚至盗较早愉出现踩裂缝颂。在句内筒游和外四柱之框间的轰刚度央很大核的桁呼架（斤或大污梁）挖，可奔以缩内小上装述各朱种因狐素引啊起的桥内外袋竖向害变形侵差，宇从而崇减小蕉楼盖绢大梁语的变掏形。一般就在高旺层建林筑高效度较假大时丙，就待需要般设置彼腰桁蠢架和上帽桁氧架，章限制基内外淘竖向店变形逝差。乎如果督仅仅莫考虑理减少久重力券荷载意、温辽度、肢徐变秋产生患的竖筛向变怜形差骡，在30～40层的猜结构轿中，牲一般攀在顶卧层设青置一瓦道桁挣架效和果最刚为明腰显，士称其哨为帽桁哨架。当恭结构暂高度港很大辩时，心也可涨同时佛在中宿间，仪某层寨设置疏，其精称为腰桁际架。（a）内外框柱变为位差塘引起饱弯矩（b）屋顶队设帽齐桁架图14早-1构8竖向企变形哲差异唱引起猫楼盖轨大梁聪内力二、面加强闲层的析位置锐和数京量一个加强层时的计算简图

均布荷载下，一个加强层的优化位置（i=10，p=从上向下依此为10、4、1、0）两个加强层的计算简图三、太带加缩慧强层买高层扰建筑汁结构墨设计一、笛带加陷强层撤高层争建筑贴结构撑设计渣原则带加哪强层析高层编建筑男结构借属于挨结构君刚度醒沿竖敢向发立生突章变的胀结构汽，在耀重力掏、水容平荷雁载作绸用下旦加强学层及功其相巴邻层娃内力矮变化秤较大烟，应披力集揉中，定地震裳响应蓄复杂迷，地朋震区舞采用残时需愧采取桨专门辅有效抢措施勿，9度抗丑震设课防地扔区不吧应采遇用。（一货）带蒸加强京层高丝式层建兔筑结摇构内姥力位炼移分发析方秒法带加诉强层泰高层旋建筑庙结构拾应按歇实际竭结构朗的构宽成采锦用空警间协妹同的平方法桃分析摘计算么。尤根其应物注意浆对重钳力荷妖载作瓣用进晶行准野确的绒符合坝实际咱情况跟的整体巴三维眠施工午模拟屋计算。抗纸震设寻计时辅，需工进行禾弹性狂时程跟分析负补充锋计算梁和弹符塑性阅时程哥分析迷的计斗算校度核。任同时习还应臣注意叔计入犬温差步、混饶凝土何徐变邮、收巨缩等紧非荷卷载效突应影央响。加强仰层内榨布置变桁架平或实耗体梁籍等水黑平伸糠臂构宾件，熔有时雨还在历加强奏层楼姿层周良边布每置环怕带构紫件。威这些定构件就由杆扯件组乒成，丸所以毁加强腹层可愚以在础整体阁空间栏分析催时一伤并参习与计恒算。桁架涛伸臂虑构件搞可以浩直接榴参与告三维为空间品分析呜。采暗用杆巷件-薄壁勾杆件谋空间奶分析棍程序苦时，习上、戒下弦稻杆作怪为楼盘面梁蛙、竖努向腹骄杆作优为柱车、斜饰腹杆喜作为鹊斜柱贼处理辆。结楼构内存力和径位移孙计算贩中，渡设置纹水平婶伸臂跳桁架沾的楼爪层宜星考虑特楼板境平面据内的卫变形柱。如果腥实体烂梁高殃度小妙于层乏高时里，实超体梁唐可视突为一屡般楼禁面梁测直接案参与场计算访。当实炉体梁雪高度版等于饰层高悟（图14度-2割6）时会，将献其位混置定橡在实絮体梁裹的上梨层楼收面，鸡截面桂按实泼际尺之寸输兽入，害再在犁实体终梁的慰下层介楼面咬增补吵刚度批很小血的“葡虚梁架”来众降低译柱子肾的层拥高。艇两层帝楼面换的全冲部荷遭载均储由实芽体梁最承担意，“罩虚梁甲”楼晓面荷厅载可球设为塞零。但须留注意妖：当采陕用假赴定楼扑板刚禁度为环无限锄刚性淹时，锻由于棉楼板尸不能车变形泥，伸饶臂桁饶架的晴上、厘下弦铺没有患伸长挑或缩找短，麦不能善得到镰弦杆毒、腹槐杆的配正确芦内力毕。在突带加矩强层殃高层剥建筑孤结构易整体型结构费分析品后，盏尚应左取整剧体分思析中惑的变磁形作只为边俭界条氧件及扣竖向辈荷载拦，对舌加强司层进顾行局泡部分济析。图14剥-2良6伸臂逃实体售梁为廊一层均高时狮计算榜简图（二她）加宾强层踏的刚察度选锤择和炊结构仿布置1、在惨地震汇作用悦下，呈框架—核心胶筒结妖构宜务采用逝“适宜系刚度”的何加强晒层框架-核心影筒结暑构在赵地震凝作用戴下，蜡若结隆构整巩体刚戚度不帐能满欧足设揭计要瓦求时坛，提致高结援构整浪体刚伟度的平途径州有：

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