帶加強(qiáng)層與錯(cuò)層高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工

1、1帶加強(qiáng)層與錯(cuò)層高帶加強(qiáng)層與錯(cuò)層高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工2一、加強(qiáng)層的概念一、加強(qiáng)層的概念加強(qiáng)層：指設(shè)置加強(qiáng)層：指設(shè)置了剛度較大水平了剛度較大水平構(gòu)件的樓層。有構(gòu)件的樓層。有時(shí)將加強(qiáng)層稱為時(shí)將加強(qiáng)層稱為伸臂。伸臂。31、加強(qiáng)層的結(jié)構(gòu)形式、加強(qiáng)層的結(jié)構(gòu)形式42、加強(qiáng)層的工作機(jī)理、加強(qiáng)層的工作機(jī)理5工程名稱工程名稱層數(shù)層數(shù)總高總高/m加強(qiáng)層數(shù)加強(qiáng)層數(shù)加強(qiáng)層類型加強(qiáng)層類型位移控制位移控制內(nèi)力控制內(nèi)力控制 其其 他他上海錦江上海錦江飯店飯店 44 44 154 154 2 2 桁架桁架頂 點(diǎn) 位 移頂 點(diǎn) 位 移減小減小13%最大柱拉最大柱拉力 減 小力 減 小20%自振周期自振周期降低降低

2、8%河南某辦河南某辦公大樓公大樓 34 34 117.2 117.2 2 2 梁式梁式頂 點(diǎn) 減 小頂 點(diǎn) 減 小28%，層間，層間減小減小25%外柱彎矩外柱彎矩增增13.2% 混凝土省混凝土省6 9 0 立 方立 方米米深圳商業(yè)深圳商業(yè)中心中心 52 52 167.2 167.2 2 2 梁式梁式頂 點(diǎn) 減 小頂 點(diǎn) 減 小30%外框剪力外框剪力為為42%，內(nèi) 筒 為內(nèi) 筒 為58%北京國(guó)際北京國(guó)際大廈大廈 41 41 153.3 153.3 3 3 梁式梁式風(fēng) 載 下 小風(fēng) 載 下 小14%，地震，地震下小下小10%加強(qiáng)層高加強(qiáng)層高4.2m廣州天河廣州天河娛樂廣場(chǎng)娛樂廣場(chǎng)主樓主樓 33 3

3、3 125.6 125.6 2 2 梁式梁式頂點(diǎn)小頂點(diǎn)小32%，層間小層間小35%加強(qiáng)層高加強(qiáng)層高3.5m表表1-2 1-2 設(shè)加強(qiáng)層與不設(shè)加強(qiáng)層對(duì)比設(shè)加強(qiáng)層與不設(shè)加強(qiáng)層對(duì)比63、帶加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)、帶加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： （1）增大結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，減少結(jié)構(gòu)的側(cè)移。）增大結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，減少結(jié)構(gòu)的側(cè)移。 （2）可將設(shè)備層、避難層等做成加強(qiáng)層，實(shí)現(xiàn)）可將設(shè)備層、避難層等做成加強(qiáng)層，實(shí)現(xiàn) 使用功能要求與結(jié)構(gòu)需要的統(tǒng)一。使用功能要求與結(jié)構(gòu)需要的統(tǒng)一。 （3）可減小剪力墻、筒體的截面尺寸，節(jié)省材）可減小剪力墻、筒體的截面尺寸，節(jié)省材 料用量。料用量。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 主要缺點(diǎn)是使結(jié)構(gòu)的

4、豎向剛度、內(nèi)力和變形發(fā)生主要缺點(diǎn)是使結(jié)構(gòu)的豎向剛度、內(nèi)力和變形發(fā)生突變。突變。4、工程應(yīng)用情況、工程應(yīng)用情況7 工程名稱工程名稱 層層 數(shù)數(shù) 總高總高/m 加強(qiáng)層數(shù)量加強(qiáng)層數(shù)量加強(qiáng)層類型加強(qiáng)層類型上海環(huán)球金融中上海環(huán)球金融中心大廈心大廈 101101 492492 3 3 桁架桁架上海金茂大廈上海金茂大廈 8888 372372 3 3 桁架桁架深圳地王大廈深圳地王大廈 8181 384.3384.3 4 4 桁架桁架深圳賽格廣場(chǎng)深圳賽格廣場(chǎng) 7171 353.8353.8 4 4 桁架桁架天津國(guó)貿(mào)中心天津國(guó)貿(mào)中心 6363 226226 3 3 桁架桁架東京新宿行政樓東京新宿行政樓 5454

5、 223223 4 4 桁架桁架墨爾本墨爾本BHP大樓大樓 4141 150150 2 2 桁架桁架8二、加強(qiáng)層的最佳位置及影響因素二、加強(qiáng)層的最佳位置及影響因素（一）加強(qiáng)層的最佳位置（一）加強(qiáng)層的最佳位置1、按剛性加強(qiáng)層分析、按剛性加強(qiáng)層分析基本假定：基本假定：（1）外排柱與核心筒橫截面沿高度不變；）外排柱與核心筒橫截面沿高度不變；（2）忽略轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和剪切變形影響，忽略）忽略轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和剪切變形影響，忽略 一般樓蓋影響；一般樓蓋影響；（3）加強(qiáng)層與外排柱鉸接，與核心筒剛）加強(qiáng)層與外排柱鉸接，與核心筒剛 接，核心筒承擔(dān)彎矩，外排柱不承擔(dān)接，核心筒承擔(dān)彎矩，外排柱不承擔(dān) 彎矩；彎矩；（4）水平加強(qiáng)

6、層的彎曲剛度無限大。）水平加強(qiáng)層的彎曲剛度無限大。9計(jì)算簡(jiǎn)圖：計(jì)算簡(jiǎn)圖：1975年美國(guó)學(xué)者年美國(guó)學(xué)者Taranath計(jì)算模型：計(jì)算模型：10 由圖可求得結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移方程，根據(jù)由圖可求得結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移方程，根據(jù)頂點(diǎn)位移最小的條件，可得下表所示的均頂點(diǎn)位移最小的條件，可得下表所示的均布荷載下加強(qiáng)層的最佳位置。布荷載下加強(qiáng)層的最佳位置。加強(qiáng)層數(shù)量加強(qiáng)層數(shù)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作為工程實(shí)際應(yīng)用，可近似在等分點(diǎn)處布置加強(qiáng)層。作為工程實(shí)際應(yīng)用，可

7、近似在等分點(diǎn)處布置加強(qiáng)層。112、按彈性加強(qiáng)層分析、按彈性加強(qiáng)層分析3，47加強(qiáng)層的最佳相對(duì)位加強(qiáng)層的最佳相對(duì)位置為：置為： i=b0+bi式中：式中： 為剛度特征為剛度特征系數(shù)，系數(shù)， 為為0時(shí)，伸時(shí)，伸臂剛度無限大。系數(shù)臂剛度無限大。系數(shù)bi見下表。見下表。121314151617（二）樓蓋剛度及連接方式的影響（二）樓蓋剛度及連接方式的影響181920（三）外環(huán)梁的作用（三）外環(huán)梁的作用天津華信商廈天津華信商廈51：21地下地下3層，地上層，地上48層，屋頂高層，屋頂高206m。第。第21層和第層和第36層設(shè)加層設(shè)加強(qiáng)層。外環(huán)梁高選用三種尺寸：強(qiáng)層。外環(huán)梁高選用三種尺寸：1200mm、80

8、0mm、400mm，代號(hào)分別為，代號(hào)分別為120、80、40，第，第21層設(shè)加強(qiáng)層時(shí)層設(shè)加強(qiáng)層時(shí)的代號(hào)為的代號(hào)為J21,第第36層設(shè)加強(qiáng)層層設(shè)加強(qiáng)層的代號(hào)為的代號(hào)為J36。22232425三、帶加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)算例三、帶加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)算例1、 基本情況基本情況 某建筑某建筑50層，各層層高層，各層層高3.5m，房屋總高，房屋總高175m。平面如下圖所示，鋼框架中柱截面尺寸為。平面如下圖所示，鋼框架中柱截面尺寸為750mm750mm65mm，角柱為，角柱為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，隔墻厚，隔墻厚300mm。樓面。樓面恒載恒載8

9、kN/m2，活荷載，活荷載2kN/m2。基本風(fēng)壓?；撅L(fēng)壓w0=0.40kN/m2，基本設(shè)防烈度為，基本設(shè)防烈度為7度，度，類場(chǎng)地類場(chǎng)地土，第一組，阻尼比土，第一組，阻尼比0.04。算例算例1：26a）標(biāo)準(zhǔn)層及加強(qiáng)層平面圖）標(biāo)準(zhǔn)層及加強(qiáng)層平面圖b）結(jié)構(gòu)剖面圖）結(jié)構(gòu)剖面圖c）三維透視圖）三維透視圖ETABS軟件反應(yīng)譜分析軟件反應(yīng)譜分析C1W1外圍鋼框架D10000C1000030000350030003500A10000432300001000010000B110000主梁（加強(qiáng)層）（加強(qiáng)層）主梁主梁（加強(qiáng)層）（加強(qiáng)層）主梁（加強(qiáng)層）主梁（加強(qiáng)層）主梁主梁（加強(qiáng)層）主梁（加強(qiáng)層）30000100

10、00A50X350010000BCD272、模型方案、模型方案模 型 方 案剛接半剛接鉸接無加強(qiáng)層17、34層10、20、30、40層13、25、38層25層283、周期與振型比較、周期與振型比較連接形式連接形式不設(shè)加強(qiáng)不設(shè)加強(qiáng)層層25層設(shè)加層設(shè)加強(qiáng)層強(qiáng)層17、34層設(shè)加強(qiáng)層設(shè)加強(qiáng)層層13、25、38層設(shè)加層設(shè)加強(qiáng)層強(qiáng)層10、20、30、40層層設(shè)加強(qiáng)層設(shè)加強(qiáng)層鉸接鉸接7.2656.3595.9785.7285.554剛接剛接6.3495.9365.7145.5485.423剛接剛接/ /鉸接百分比鉸接百分比87.39%93.34%95.58%96.86%97.65%

11、半剛接半剛接6.8656.1895.8785.6615.507半剛接半剛接/ /鉸接百分比鉸接百分比94.50%97.33%98.32%98.84%99.15%注：周期單位為注：周期單位為 s 。2901020304050H0.76H0.86H0.48H0.90H0.64H0.34HMode1Mode4Mode3Mode2振型 樓層01020304050HMode10.76H0.86H0.48H0.90H0.62H0.32HMode3Mode2Mode3Mode4振型樓層a）X向振型向振型b）Y向振型向振型304、結(jié)構(gòu)頂層位移對(duì)比、結(jié)構(gòu)頂層位移對(duì)比0.00.10.20.30.40.50.60.

12、70.80.91.00.760.800.840.880.920.961.00頂點(diǎn)側(cè)向位移相對(duì)百分比加強(qiáng)層相對(duì)位置 剛接 剛接 半剛性連接半剛性連接 鉸接鉸接01234150160170180190200210220230240250頂點(diǎn)側(cè)向位移加強(qiáng)層數(shù)量 剛接 剛接 半剛性連接 半剛性連接 鉸接 鉸接連接形式不設(shè)加強(qiáng)層25層設(shè)加強(qiáng)層17、34層設(shè)加強(qiáng)層13、25、38層設(shè)加強(qiáng)層10、20、30、40層設(shè)加強(qiáng)層鉸接246mm192mm170mm161mm154mm剛接189mm168mm160mm154mm149mm剛接/鉸接百分比76.65%87.57%93.96%95.59%96.68%半剛

13、接/鉸接220mm181mm166mm158mm152mm百分比89.49%94.53%97.71%98.36%98.79%315、結(jié)構(gòu)樓層變形對(duì)比、結(jié)構(gòu)樓層變形對(duì)比02040608010012014016018001020304050樓層水平位移(mm) 剛接剛接 鉸接鉸接 半剛接半剛接030609012015001020304050樓層樓層位移(mm) 剛接 剛接 鉸接 鉸接 半剛接 半剛接0.0000 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.0010 0.0012 0.001401020304050樓層層間位移角 剛接剛接 鉸接鉸接 半剛接半剛接0.00000.000

14、20.00040.00060.00080.00100.001201020304050樓層層間位移角 剛接 剛接 鉸接 鉸接 半剛接 半剛接地震作用下地震作用下風(fēng)荷載作用下風(fēng)荷載作用下326、結(jié)構(gòu)樓層變形對(duì)比、結(jié)構(gòu)樓層變形對(duì)比-1000000100000 200000 300000 400000 500000 60000001020304050筒體及框架彎矩（kNm） 筒體 筒體 框架 框架樓層-20000200040006000800001020304050 筒體及框架剪力（kN） 筒體 筒體 框架 框架樓層337、加強(qiáng)層對(duì)核心筒墻肢內(nèi)力的影響、加強(qiáng)層對(duì)核心筒墻肢內(nèi)力的影響48139.3843

15、337.739137.6157549.52123364.0713482.869417.72913063.92841.85567.3572899.873247.062453.111586.375136.981473.252186.971563.69754.85893.55634.491269.45487.46506.5544376.8839984.597212.9543983.947-767.2483727.09118824.4214509.61-8042.76-10984.5-7127.223552.7517308.4274516.122-657.30336.2072100.192495.45

16、2105.191254.91-4674.391124.731923.621158.14341.24-4959.8229.39880.83-388.7-397.18彎矩（彎矩（kNm）剪力（剪力（kNm）地震彎矩地震彎矩風(fēng)荷彎矩風(fēng)荷彎矩地震剪力地震剪力風(fēng)荷剪力風(fēng)荷剪力348、加強(qiáng)層對(duì)外框架柱內(nèi)力的影響、加強(qiáng)層對(duì)外框架柱內(nèi)力的影響202.81109.061048.89306.66129.89247.711023.96160.89271.14271.8188.90160.3171.7244.5876.32581.6775.6872.82588.6480.239.8045.453513.093514.

17、913459.232545.631723.11835.161728.77115.2713.997.39175.8383.65151.68912.35423.04-887.99-112.50-377.67357.81115.89798.96-815.78-131.42-354.5266.47-117.6852.6132.8052.75-58.65329.56-460.15335.31-58.6657.2862.40-62.48368.57-513.05374.57-68.4359.858.3434.37-1.89-3.80-35.20651.971354.191370.302122.102928

18、.652997.542999.64a）彎矩（）彎矩（kNm）b）剪力（）剪力（kN）c）軸力（）軸力（kN）35算題算題2：1、基本情況、基本情況45層，層，162m。平面。平面和立面圖形如右圖所和立面圖形如右圖所示，分析方案如表示，分析方案如表4-38。362、一道剛臂時(shí)剛臂位置與頂點(diǎn)位移的關(guān)系、一道剛臂時(shí)剛臂位置與頂點(diǎn)位移的關(guān)系373、剛臂數(shù)量與位移和層間位移角的關(guān)系、剛臂數(shù)量與位移和層間位移角的關(guān)系384、不同方案時(shí)柱、不同方案時(shí)柱Z1的軸力的軸力395、連接方式對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響、連接方式對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響注：注：GG 梁筒剛接，梁柱剛接；梁筒剛接，梁柱剛接； GJ 梁筒剛接，梁柱鉸接；梁

19、筒剛接，梁柱鉸接； JG 梁筒鉸接，梁柱剛接；梁筒鉸接，梁柱剛接； JJ 梁筒鉸接，梁柱鉸接。梁筒鉸接，梁柱鉸接。4041柱柱Z1的軸力和剪力的軸力和剪力四、帶加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)工程實(shí)例四、帶加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)工程實(shí)例實(shí)例實(shí)例1：大連國(guó)貿(mào)大廈：大連國(guó)貿(mào)大廈 地下地下5層，地上層，地上 79層，層，420m高。高。42 分別在第分別在第23、37、50、62、79層設(shè)置層設(shè)置桁架式加強(qiáng)層。桁架式加強(qiáng)層。434445 實(shí)例實(shí)例2：重慶重賓保：重慶重賓保利國(guó)際廣場(chǎng)利國(guó)際廣場(chǎng) 58層，層，286.8m高，高，鋼筋混凝土框架鋼筋混凝土框架-核心核心筒結(jié)構(gòu)。筒結(jié)構(gòu)。464748水平伸臂桁水平伸臂桁架：上、下架：上、下弦采

20、用型鋼弦采用型鋼混凝土桿件，混凝土桿件，腹桿采用鋼腹桿采用鋼桿件。桿件。495051525354五、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的概念五、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的概念1 1、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)分類、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)分類55 包含型錯(cuò)層結(jié)構(gòu) 交叉型錯(cuò)層結(jié)構(gòu)錯(cuò)層柱（墻）錯(cuò)層柱（墻）錯(cuò)層柱（墻） 混合型錯(cuò)層結(jié)構(gòu)2 2、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的形式、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的形式56573、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn) （1）樓蓋被分割，樓面在自身平面的）樓蓋被分割，樓面在自身平面的 剛度被削弱。剛度被削弱。 （2）錯(cuò)層處的框架柱或墻可能被形成）錯(cuò)層處的框架柱或墻可能被形成 短柱或短墻。短柱或短墻。 （3）錯(cuò)層處的梁柱節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中，受）錯(cuò)層處的梁柱節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中，受 力復(fù)雜

21、，容易發(fā)生破壞。力復(fù)雜，容易發(fā)生破壞。58六、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的受力分析六、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的受力分析（一）柱的抗側(cè)剛度（一）柱的抗側(cè)剛度0D =11D=136EIh36EIh2D=1MMh1312ccEIDDh59F1、并聯(lián)柱的抗側(cè)剛度、并聯(lián)柱的抗側(cè)剛度1231nniiDDDDDD總123n1D3DDn2D602、串聯(lián)柱的抗側(cè)剛度、串聯(lián)柱的抗側(cè)剛度1D2DmDFD121111111mmiiDDDDD總1jijjmjjDQFD各柱剪力：各柱剪力：61（二）錯(cuò)層結(jié)構(gòu)手算方法（二）錯(cuò)層結(jié)構(gòu)手算方法1、在錯(cuò)層框架的某一跨或某幾跨中增設(shè)虛梁、在錯(cuò)層框架的某一跨或某幾跨中增設(shè)虛梁622、根據(jù)柱的串聯(lián)、并聯(lián)情況，將增設(shè)虛

22、梁跨、根據(jù)柱的串聯(lián)、并聯(lián)情況，將增設(shè)虛梁跨的框架等效為一根獨(dú)立柱。的框架等效為一根獨(dú)立柱。633、求框架在水平荷載下的各柱剪力。、求框架在水平荷載下的各柱剪力。644、將等代柱的剪力按、將等代柱的剪力按照照“柱間無荷載時(shí)柱柱間無荷載時(shí)柱剪力不變及同層柱剪剪力不變及同層柱剪力按力按D值大小分配值大小分配”的原則，分配給設(shè)置的原則，分配給設(shè)置虛梁框架的各柱，求虛梁框架的各柱，求得各柱的剪力。得各柱的剪力。65（二）分析例題（二）分析例題680080006800800012 kN12 kN400040004000480013.2 kN7.2 kN661234567891011121314151617

23、181920211245910152014196.5825.425.46.586.5813.13.8113.11.64.26.714.85.616.225.729.6等效框架柱剪力等效框架柱剪力添加虛梁添加虛梁等效框架等效框架671.63.52.14.23.510.26.716.212.216.114.86.713.59.54.015.617.211.68.616.112.210.67.01.94.55.71.37.74.051.44按近似計(jì)算法的剪力按近似計(jì)算法的剪力按精確計(jì)算法的剪力按精確計(jì)算法的剪力68七、改善錯(cuò)層結(jié)構(gòu)受力性能的措施七、改善錯(cuò)層結(jié)構(gòu)受力性能的措施1、提高錯(cuò)層柱的抗震等級(jí)，

24、加大配筋量。、提高錯(cuò)層柱的抗震等級(jí)，加大配筋量。2、將錯(cuò)層柱全柱范圍內(nèi)箍筋加密，改善柱的脆、將錯(cuò)層柱全柱范圍內(nèi)箍筋加密，改善柱的脆性。性。3、當(dāng)柱的截面尺寸較大時(shí)，沿柱兩個(gè)方向的中、當(dāng)柱的截面尺寸較大時(shí)，沿柱兩個(gè)方向的中線設(shè)縫。線設(shè)縫。694、當(dāng)錯(cuò)層高度較小時(shí)，在梁端加腋。、當(dāng)錯(cuò)層高度較小時(shí)，在梁端加腋。5、適當(dāng)加大非錯(cuò)層柱的截面尺寸和適當(dāng)減、適當(dāng)加大非錯(cuò)層柱的截面尺寸和適當(dāng)減小錯(cuò)層柱的截面尺寸，調(diào)整柱的剛度比，小錯(cuò)層柱的截面尺寸，調(diào)整柱的剛度比，降低錯(cuò)層柱的彎矩和剪力，改善錯(cuò)層柱的降低錯(cuò)層柱的彎矩和剪力，改善錯(cuò)層柱的受力性能。受力性能。706、在錯(cuò)層框架中設(shè)置、在錯(cuò)層框架中設(shè)置撐桿，減小錯(cuò)層柱剪撐桿，減小錯(cuò)層柱剪力。力。7、在錯(cuò)層框架中設(shè)置、在錯(cuò)層框架中設(shè)置剪力墻，減小錯(cuò)層柱剪力墻，減小錯(cuò)層柱剪力。剪力。71八、兩種改進(jìn)的錯(cuò)層八、兩種改進(jìn)的錯(cuò)層 結(jié)構(gòu)算例分析結(jié)構(gòu)算例分析（一）設(shè)撐桿的錯(cuò)層（一）設(shè)撐桿的錯(cuò)層 框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)7273747576（二）帶剪力墻的錯(cuò)層（二）帶剪力墻的錯(cuò)層 框架結(jié)構(gòu)算