框架-核心筒-伸臂结构中加强层的合理设置与其顺风向抗风分析

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1、1绪论1．1研究背景高层建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物。城市人口集中，用地紧张以及商业竞争的激烈化，促使了近代高层建筑的出现和发展。经过一百多年的发展，高层建筑的设计和建造技术取得了迅猛发展，高层建筑迅速增加，层数和高度都有大幅度突破；结构体系新颖多变，建筑材料丰富多彩，除传统的框架、框架．剪力墙体系外，新的结构体系如：框筒、筒中筒、框架．核心筒、成束筒、悬挂结构、巨型框架结构不断出现，材料也由最初的钢材、发展到钢筋混凝土，预应力钢筋混凝土，钢．混凝土组合结构。当单个实腹筒布置在周边框架内部时，形成框架

2、．核心筒结构，是高层建筑中当前广为应用的一种体系，它与筒中筒结构在平面形式上相似，但其框架柱间距较大，建筑外形更为多变，且窗口大，更利于采光与视野，同时其受力性能上与筒中筒也有很大区别。筒中筒的外框筒是由“密柱深梁”构成，而框架．核心筒的外框架柱距往往较大，因而有时把柱距较大的周边框架称为“稀柱筒体”。随着建筑高度的不断加大，不可避免要遇到两个问题：结构在水平力(地震力和风荷载)作用下水平位移过大；作为主要受力构件的中心剪力墙或简体承受的弯矩过大。结构侧移过大时，通常情况下使用加大抗侧力结构如剪力墙、简体等的刚

3、度来控制变形。对于框架．核心筒结构在适当的位置加大水平结构的刚度，即设置加强层以加强核心筒与外框柱之间的共同工作也可以控制这种结构的变形，这种结构常被称为框架．核心简．伸臂结构体系(也称作伸臂结构outrigger-bracedstructure)t¨，常用于非地震区或风荷载控制且结构设计烈度不高的地震区。加强层是在高层建筑中某几个部位，通常是利用设备层或避难层空间设置刚度较大的水平外伸构件加强核心筒与框架柱的联系，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的联系。加强层的高度往往是一层楼高，

4、甚至是两层楼高，其刚度比其它水平构件大数十倍，由于它是从核心筒或核心剪力墙伸出，所以有的文献又称为刚臂结构或水平伸臂结构。常用的加强层结构布置如图1．1。加强层按其材料划分，可分为钢、钢．混凝土组合、钢筋混凝土三类。钢结构的伸臂一般由斜腹杆桁架构成，宜与钢结构的核心筒钢支撑或钢框架以及周边钢框架柱铰接相连。钢．混凝土组合的伸臂，型钢外包混凝土组合时，宜与型钢外包混凝土的核心筒、周边框架柱刚接相连；钢管(方型或圆型)内填混凝土组合时，宜与钢管内填混凝土的周边框架柱铰接相连，与核心筒可铰接也可刚接。钢筋混凝土的伸臂

5、一般宜与钢筋混凝土的核心筒，周边框架柱刚接相连。伸臂按重庆大学硕士学位论文其组成形式来看，可有斜腹杆铰接桁架或刚接桁架、直腹杆刚接空腹桁架、刚性实体梁(开洞或不开洞)、铰接交叉、K形、三角形支撑等形式；另外还常设水平环带加强构件，一般布置在周边外框架柱之间，可增强外框架柱之间的联系。常见形式如图1．2。与框架．核心筒结构相比，框架．核心筒．伸臂结构体系具有更大的抗推刚度和水平承载能力，迄今已被用于40～70层的建筑，但实际上按这种体系的能力和效果可以用于更高的建筑。(0)标准层平面if叫采’。—’’_——_-_

6、___——空腹桁架lll框架柱(a)空腹杆{绦水平环带构件缓永1弦震勉厂I(b)加强层平面(c)1—1剖面图1．1加强层布置形式Fig．1．1Thesettingstyleofoutriggers心I斜腹杆桁架W框架柱2型望Wl(b)实体梁(c)斜腹杆桁架图1．2加强层伸臂形式Fig．1．2Theshapesofoutriggers用水平加强层来提高结构的抗推能力的概念，最早是由Barbacki提出，并于1962年应用于加拿大蒙特利尔的一栋47层的高层建筑；1972年美国Milwaukee市建成的42层、高18

7、3朋的威士康星中心大楼，也是采用的这种结构体系。尽管上述两栋高层都是钢结构体系，但受力机理都是一样的，可以引用到钢筋混凝土结构。带加强层的高层建筑结构已有较多的工程实践和研究成果，尤其在非地震2口1绪论区，国内外都有比较广泛的采用。表1．1列出了世界上一些著名工程采用水平加强层的例子【2】【3】【4】。表1．1世界典型加强层高层建筑!皇b坦!：!!波i￡曼!望!!虹i!§i翌g!芝熊!堡箜臣塾宝翌盟兰鲤堕宝!也堂翌211垒RC／ST．．．．．加强层序号工程名称层数总高度．．．．．／SRC层数位置类型1．2加强层

8、结构体系研究现状1．2．1国外研究现状自Barbacki于1962年提出水平加强层的概念并首次应用到工程中以来，各国学者和工程师在总结前人研究成果的基础上，不断地发展和完善这种结构形式。1975年美国学者Taranatht5】就将这种复杂的带加强层框架．核心筒结构简化为一种简单的计算模型，这种模型的基本要点归纳为：①核心筒和外围框架柱仅由加强层相连，忽略楼盖的连接作用；重庆大学硕士学位