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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。,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
2、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。,
3、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
4、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,3
5、3,7、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
6、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
7、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
8、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
9、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，加强层的最佳位置分别为高度的二分点、三分点、四分点、五分点附近。,80,（4）错层结构造成楼面不连续，楼面刚度减小，使错层处的框架柱变为短柱，对抗震不利。 （5）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。,81,谢谢各位！,