带加强层与错层高层结构设计与施工(1)

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1、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。31、加强层的结构形式42、加强层的工作机理5工程名称层数总高/m加强层数加强层类型位移控制内力控制其他上海锦江饭店441542桁架顶点位移减小13%最大柱拉力减小20%自振周期降低8%河南某办公大楼34117.22梁式顶点减小28%，层间减小25%外柱弯矩增13.2%混凝土省690立方米深圳商业中心52167.22梁式顶点减小30%外框剪力为42%，内筒为58%北京国际大厦41153.33梁式风载下小14%，地震下小10%加强层高4.2m广州天河娱乐广

2、场主楼33125.62梁式顶点小32%，层间小35%加强层高3.5m表1-2设加强层与不设加强层对比63、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工程名称层数总高/m加强层数量加强层类型上海环球金融中心大厦1014923桁架上海金茂大厦883723桁架深圳地王大厦81384.34桁架深圳赛格广场71353.84桁架天津国贸中心632263桁架东京新宿行政楼54

3、2234桁架墨尔本BHP大楼411502桁架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。加强层数量X1/HX2/HX3/HX4/H12340.4550.3120.2430.2020.6860.

4、5340.4430.7790.6460.829作为工程实际应用，可近似在等分点处布置加强层。112、按弹性加强层分析[3，47]加强层的最佳相对位置为：ξi=b0+∑biλ式中：λ为刚度特征系数，λ为0时，伸臂刚度无限大。系数bi见下表。121314151617（二）楼盖刚度及连接方式的影响181920（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。22232425三

5、、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750mm×750mm×65mm，角柱为1000mm×1000mm×75mm，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，Ⅱ类场地土，第一组，阻尼比0.04。算例1：26a）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272、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

6、3、周期与振型比较连接形式不设加强层25层设加强层17、34层设加强层13、25、38层设加强层10、20、30、40层设加强层铰接7.2656.3595.9785.7285.554刚接6.3495.9365.7145.5485.423刚接/铰接百分比87.39%93.34%95.58%96.86%97.65%半刚接6.8656.1895.8785.6615.507半刚接/铰接百分比94.50%97.33%98.32%98.84%99.15%注：周期单位为s。29a）X向振型b）Y向振型304、结构顶层位移对比连接形式不设加强层25层设加强层17、34层设加强层13、25、38层设

7、加强层10、20、30、40层设加强层铰接246mm192mm170mm161mm154mm刚接189mm168mm160mm154mm149mm刚接/铰接百分比76.65%87.57%93.96%95.59%96.68%半刚接/铰接220mm181mm166mm158mm152mm百分比89.49%94.53%97.71%98.36%98.79%315、结构楼层变形对比地震作用下风荷载作用下326、结构楼层变形对比337、加强层对核心筒墙肢内力的影响弯矩（kN·m）