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1、1带加强层与错层高带加强层与错层高层结构设计与施工层结构设计与施工2一、加强层的概念一、加强层的概念加强层：指设置加强层：指设置了刚度较大水平了刚度较大水平构件的楼层。有构件的楼层。有时将加强层称为时将加强层称为伸臂。伸臂。31、加强层的结构形式、加强层的结构形式42、加强层的工作机理、加强层的工作机理5工程名称工程名称层数层数总高总高/m加强层数加强层数加强层类型加强层类型位移控制位移控制内力控制内力控制 其其 他他上上海海锦锦江江饭店饭店 44 44 154 154 2 2 桁架桁架顶顶 点点 位位 移移减小减小13%最最大大柱柱拉拉力力 减减 小小20%自振周期自振周期降低降低8%河河南
2、南某某办办公大楼公大楼 34 34 117.2117.2 2 2 梁式梁式顶顶 点点 减减 小小28%，层层间间减小减小25%外外柱柱弯弯矩矩增增13.2% 混混凝凝土土省省690立立 方方米米深深圳圳商商业业中心中心 52 52 167.2167.2 2 2 梁式梁式顶顶 点点 减减 小小30%外外框框剪剪力力为为 42%，内内 筒筒 为为58%北北京京国国际际大厦大厦 41 41 153.3153.3 3 3 梁式梁式风风 载载 下下 小小14%，地地震震下小下小10%加加强强层层高高4.2m广广州州天天河河娱娱乐乐广广场场主楼主楼 33 33 125.6125.6 2 2 梁式梁式顶顶点
3、点小小32%， 层层 间间 小小35%加加强强层层高高3.5m表表1-2 1-2 设加强层与不设加强层对比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、带加强层结构的优点与缺点优点：优点： （1）增大结构的抗侧刚度，减少结构的侧移。）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）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。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）可减小剪力墙、筒体的截面尺寸，节省材 料用量。料用量。缺点：缺点： 主要缺点是使结构的竖向刚度、内力和变形发生主要缺点是使结构的竖
4、向刚度、内力和变形发生突变。突变。4、工程应用情况、工程应用情况7 工程名称工程名称 层层 数数 总高总高/m 加强层数量加强层数量加强层类型加强层类型上上海海环环球球金金融融中中心大厦心大厦 101101 492492 3 3 桁架桁架上海金茂大厦上海金茂大厦 8888 372372 3 3 桁架桁架深圳地王大厦深圳地王大厦 8181 384.3384.3 4 4 桁架桁架深圳赛格广场深圳赛格广场 7171 353.8353.8 4 4 桁架桁架天津国贸中心天津国贸中心 6363 226226 3 3 桁架桁架东京新宿行政楼东京新宿行政楼 5454 223223 4 4 桁架桁架墨尔本墨尔本
5、BHP大楼大楼 4141 150150 2 2 桁架桁架8二、加强层的最佳位置及影响因素二、加强层的最佳位置及影响因素（一）加强层的最佳位置（一）加强层的最佳位置1、按刚性加强层分析、按刚性加强层分析基本假定：基本假定：（1）外排柱与核心筒横截面沿高度不变；）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）忽略转动惯量和剪切变形影响，忽略 一般楼盖影响；一般楼盖影响；（3）加强层与外排柱铰接，与核心筒刚）加强层与外排柱铰接，与核心筒刚 接，核心筒承担弯矩，外排柱不承担接，核心筒承担弯矩，外排柱不承担 弯矩；弯矩；（4）水平加强层的弯曲刚度无限大。）水平加强层的弯曲刚度无
6、限大。9计算简图：计算简图：1975年美国学者年美国学者Taranath计算模型：计算模型：10 由图可求得结构的内力和位移方程，根据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。布荷载下加强层的最佳位置。加强层数量加强层数量 X1/H X2/H X3/H X4/H 1 2 3 4 0.455 0.312 0.243 0.202 0.686 0.534 0.443 0.779 0.646 0.829作为工程实际应用，可近似在等分点处布置加强层。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
7、层分析、按弹性加强层分析3，47加强层的最佳相对位加强层的最佳相对位置为：置为： i=b0+bi式中：式中： 为刚度特征为刚度特征系数，系数， 为为0时，伸时，伸臂刚度无限大。系数臂刚度无限大。系数bi见下表。见下表。121314151617（二）楼盖刚度及连接方式的影响（二）楼盖刚度及连接方式的影响181920（三）外环梁的作用（三）外环梁的作用天津华信商厦天津华信商厦51：21地下地下3层，地上层，地上48层，屋顶高层，屋顶高206m。第。第21层和第层和第36层设加层设加强层。外环梁高选用三种尺寸：强层。外环梁高选用三种尺寸：1200mm、800mm、400mm，代号分别为，代号分别为1
8、20、80、40，第，第21层设加强层时层设加强层时的代号为的代号为J21,第第36层设加强层层设加强层的代号为的代号为J36。22232425三、带加强层结构算例三、带加强层结构算例1、 基本情况基本情况 某建筑某建筑50层，各层层高，房屋总高层，各层层高，房屋总高175m。平。平面如下图所示，钢框架中柱截面尺寸为面如下图所示，钢框架中柱截面尺寸为750mm750mm65mm，角柱为，角柱为1000mm1000mm75mm，梁高，梁高700mm，混凝，混凝土核心筒筒壁厚土核心筒筒壁厚500mm，隔墙厚，隔墙厚300mm。楼面恒。楼面恒载载8kN/m2，活荷载，活荷载2kN/m2。基本风压。基
9、本风压2，基本设，基本设防烈度为防烈度为7度，度，类场地土，第一组，阻尼比。类场地土，第一组，阻尼比。算例算例1：26a）标准层及加强层平面图）标准层及加强层平面图b）结构剖面图）结构剖面图c）三维透视图）三维透视图ETABS软软件件反反应应谱谱分分析析272、模型方案、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283、周期与振型比较、周期与振型比较连接形式接形式不不设加加强强层25层设加加强强层17、34层设加加强强层13、25、38层设加加强强层10、20、30、40层设加加强强层铰接接7.2656.3595.9785.7285
10、.554刚接接6.3495.9365.7145.5485.423刚接接/ /铰接百分比接百分比87.39%93.34%95.58%96.86%97.65%半半刚接接6.8656.1895.8785.6615.507半半刚接接/ /铰接百分比接百分比94.50%97.33%98.32%98.84%99.15%注：周期单位为注：周期单位为 s 。29a）X向振型向振型b）Y向振型向振型304、结构顶层位移对比、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层设加强层10、20、30、40层设加强层铰接246mm192mm170mm161mm154mm刚接189
11、mm168mm160mm154mm149mm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、结构楼层变形对比地地震震作作用用下下风风荷荷载载作作用用下下326、结构楼层变形对比、结构楼层变形对比337、加强层对核心筒墙肢内力的影响、加强层对核心筒墙肢内力的影响弯矩（弯矩（kNm）剪力（剪力（kNm）地震弯矩地震弯矩风荷弯矩风荷弯矩地震剪力地震剪力风荷剪力风荷剪力348、加强层对外框架柱内力的影响、加强层对外框架柱内
12、力的影响a）弯矩（）弯矩（kNm）b）剪力（）剪力（kN）c）轴力（）轴力（kN）35算题算题2：1、基本情况、基本情况45层，层，162m。平面。平面和立面图形如右图所示，和立面图形如右图所示，分析方案如表分析方案如表4-38。362、一道刚臂时刚臂位置与顶点位移的关系、一道刚臂时刚臂位置与顶点位移的关系373、刚臂数量与位移和层间位移角的关系、刚臂数量与位移和层间位移角的关系384、不同方案时柱、不同方案时柱Z1的轴力的轴力395、连接方式对结构性能的影响、连接方式对结构性能的影响注：注：GG 梁筒刚接，梁柱刚接；梁筒刚接，梁柱刚接； GJ 梁筒刚接，梁柱铰接；梁筒刚接，梁柱铰接； JG
13、梁筒铰接，梁柱刚接；梁筒铰接，梁柱刚接； JJ 梁筒铰接，梁柱铰接。梁筒铰接，梁柱铰接。4041柱柱Z1的轴力和剪力的轴力和剪力四、带加强层结构工程实例四、带加强层结构工程实例实例实例1：大连国贸大厦：大连国贸大厦 地下地下5层，地上层，地上 79层，层，420m高。高。42 分别在第分别在第23、37、50、62、79层设置层设置桁架式加强层。桁架式加强层。434445 实例实例2：重庆重宾保：重庆重宾保利国际广场利国际广场 58层，高，钢筋混凝层，高，钢筋混凝土框架土框架-核心筒结构。核心筒结构。464748水平伸臂桁水平伸臂桁架：上、下架：上、下弦采用型钢弦采用型钢混凝土杆件，混凝土杆件
14、，腹杆采用钢腹杆采用钢杆件。杆件。495051525354五、错层结构的概念五、错层结构的概念1 1、错层结构分类、错层结构分类552 2、错层结构的形式、错层结构的形式56573、错层结构的受力特点、错层结构的受力特点 （1）楼盖被分割，楼面在自身平面的）楼盖被分割，楼面在自身平面的 刚度被削弱。刚度被削弱。 （2）错层处的框架柱或墙可能被形成）错层处的框架柱或墙可能被形成 短柱或短墙。短柱或短墙。 （3）错层处的梁柱节点应力集中，受）错层处的梁柱节点应力集中，受 力复杂，容易发生破坏。力复杂，容易发生破坏。58六、错层结构的受力分析六、错层结构的受力分析（一）柱的抗侧刚度（一）柱的抗侧刚度
15、h591、并联柱的抗侧刚度、并联柱的抗侧刚度602、串联柱的抗侧刚度、串联柱的抗侧刚度各柱剪力：各柱剪力：61（二）错层结构手算方法（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、在错层框架的某一跨或某几跨中增设虚梁622、根据柱的串联、并联情况，将增设虚梁跨、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。的框架等效为一根独立柱。633、求框架在水平荷载下的各柱剪力。、求框架在水平荷载下的各柱剪力。644、将等代柱的剪力按、将等代柱的剪力按照照“柱间无荷载时柱柱间无荷载时柱剪力不变及同层柱剪剪力不变及同层柱剪力按力按D值大小分配值大小分配”的原则，分配给设置的原则
16、，分配给设置虚梁框架的各柱，求虚梁框架的各柱，求得各柱的剪力。得各柱的剪力。65（二）分析例题（二）分析例题66等效框架柱剪力等效框架柱剪力添加虚梁添加虚梁等效框架等效框架67按近似计算法的剪力按近似计算法的剪力按精确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。、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、将错层柱全柱范围内箍筋加密，改善柱的脆性。性。3、当柱的截面尺寸较大时，沿柱两个方向的中、当柱的截面尺寸较大时，沿柱两个方向的中线设缝。线设缝。694、当错层高度较小时，
17、在梁端加腋。、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、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，改善错层柱的受力低错层柱的弯矩和剪力，改善错层柱的受力性能。性能。706、在错层框架中设置、在错层框架中设置撑杆，减小错层柱剪撑杆，减小错层柱剪力。力。7、在错层框架中设置、在错层框架中设置剪力墙，减小错层柱剪力墙，减小错层柱剪力。剪力。71八、两种改进的错层八、两种改进的错层 结构算例分析结构算例分析（一）设撑杆的错层（一）设撑杆的错层 框架结构框架结构7273747576（二）
18、带剪力墙的错层（二）带剪力墙的错层 框架结构算例框架结构算例图图A图图B77已知：已知：20层，按图层，按图A和图和图B两种方式布置剪两种方式布置剪力墙。基本风压为力墙。基本风压为2，地面粗造度为，地面粗造度为B类。类。基本雪压为基本雪压为2；楼面活荷在为；楼面活荷在为2；装修恒载；装修恒载为为2.0kN /m2。基本设防烈度为。基本设防烈度为7度，度，类场地土，第一组。类场地土，第一组。要求：要求：分别计算不设剪力墙、按图分别计算不设剪力墙、按图A和图和图B设剪力墙时各柱的剪力。设剪力墙时各柱的剪力。78不设剪力墙时柱剪力不设剪力墙时柱剪力按图按图A设剪力墙时柱剪力设剪力墙时柱剪力按图按图B
19、设剪力墙时柱剪力设剪力墙时柱剪力79结束语结束语（1）为了加强钢框架与混凝土核心筒的联）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，可以在结构刚度，减小结构的侧向变形，可以在结构中设置加强层。中设置加强层。（2）加强层的数量根据结构的高度而定，）加强层的数量根据结构的高度而定，一般不宜超过一般不宜超过34道。道。（3）当加强层为）当加强层为1层、层、2层、层、3层、层、4层时，层时，加强层的最佳位置分别为高度的二分点、加强层的最佳位置分别为高度的二分点、三分点、四分点、五分点附近。三分点、四分点、五分点附近。80（4）错层结构造成楼面不连续，楼面）错层结构造成楼面不连续，楼面刚度减小，使错层处的框架柱变为短刚度减小，使错层处的框架柱变为短柱，对抗震不利。柱，对抗震不利。（5）为了减小错层柱的不利影响，设）为了减小错层柱的不利影响，设计时应采取适当的措施。在错层框架计时应采取适当的措施。在错层框架结构中设置撑杆或剪力强是改善错层结构中设置撑杆或剪力强是改善错层框架结构的有效措施。框架结构的有效措施。81谢谢各位！谢谢各位！
