带加强层与错层高层结构设计与施工

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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 1、加强层的结构形式、加强层的结构形式42 2、加强层的工作机理、加强层的工作机理5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 3、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 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 2）可将设备层、避难层等做成加强层，实现）可将设备层

2、、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 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向刚度、内力和变形发生突变。突变。74 4、工程应用情况、工程应用情况 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海环球金融中上海环球金融中心大厦心大厦 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

3、 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

4、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 由图可求得结构的由图可求得结构的内力和位移方程，根内力和位移方程，根据顶点位移最小的条据顶点位移最小的条件，可得下表所示的件，可得下表所示的均布荷载下加强层的均布荷载下加强层的最佳位置。最佳位置。加强加强层数层数量量 X1/H X

5、2/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。注：注：x1、x2、x3是从顶部起算。是从顶部起算。 112 2、按弹性加强层分析、按弹性加强层分析33，4747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

6、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120、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，各层层高层，各层层高3.5m，房屋总

7、高，房屋总高175m。平面如下图所示，钢框架中柱截面尺寸为。平面如下图所示，钢框架中柱截面尺寸为750mm750mm65mm，角柱为，角柱为1000mm1000mm75mm，梁高，梁高700mm，混，混凝土核心筒筒壁厚凝土核心筒筒壁厚500mm，隔墙厚，隔墙厚300mm。楼面。楼面恒载恒载8kN/m2，活荷载，活荷载2kN/m2。基本风压。基本风压w0=0.40kN/m2，基本设防烈度为，基本设防烈度为7度，度，类场地类场地土，第一组，阻尼比土，第一组，阻尼比0.04。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

8、件反应谱分析软件反应谱分析C1W1外围钢框架D10000C1000030000350030003500A10000432300001000010000B110000主梁（加强层）（加强层）主梁主梁（加强层）（加强层）主梁（加强层）主梁（加强层）主梁主梁（加强层）主梁（加强层）3000010000A50X3500=17500010000 10000BCD272、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连接形式不设加强不设加强层层25层设加层设加强层强层17、34层设加强层设加强

9、层层13、25、38层设加层设加强层强层10、20、30、40层层设加强层设加强层铰接铰接7.2656.3595.9785.7285.554刚接刚接6.3495.9365.7145.5485.423刚接刚接/ /铰接百分比铰接百分比87.39%93.34%95.58%96.86%97.65%半刚接半刚接6.8656.1895.8785.6615.507半刚接半刚接/ /铰接百分比铰接百分比94.50%97.33%98.32%98.84%99.15%注：周期单位为注：周期单位为 s 。2901020304050H0.76H0.86H0.48H0.90H0.64H0.34HMode1Mode4Mo

10、de3Mode2振型 楼层01020304050HMode10.76H0.86H0.48H0.90H0.62H0.32HMode3Mode2Mode3Mode4振型楼层a）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0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.760.800.840.880.920.961.00顶点侧向位移相对百分比加强层相对位置 刚接 刚接 半刚性连接半刚性连接 铰接铰接01234150160170180190200210220230240250顶点侧向位移加强层数量 刚接 刚接 半刚性连接 半刚性连接 铰接 铰接连接形

11、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、结构楼层变形对比02040608010012014016018001020304050楼层水平位移(mm) 刚接刚接 铰接铰接 半刚接半刚接030609012