带加强层与错层高层结构设计与施工

160mm
13、25、 10、20、 38层设加 30、40层
强层 设加强层
161mm 154mm
154mm 149mm
76.65% 87.57% 93.96% 95.59% 96.68%
220mm 181mm 166mm 158mm 152mm 89.49% 94.53% 97.71% 98.36% 98.7299%
36.207 -657.303
506.55 487.46
-397.18 -388.7
13063.92 9417.729 13482.86
4516.122
7308.427 3552.751
-7127.22 -10984.5
-8042.76
23364.07 7549.521 9137.615
14509.61 18824.42
-58.66
52.75
329.56 335.31 57.28
115.27 835.16 1728.77
-35.20 651.97 1354.19
247.71 1048.89
306.66 129.89
151.68 912.35
423.04
-377.67 -887.99
-112.50
72.82 588.64
80.23
-62.48 -513.05
-68.43
62.40 368.57 374.57
59.85
1723.11 2545.63 3459.23
1370.30 2122.10 2928.65
109.06 202.81
83.65 175.83
a）弯矩（kN·m）
9.80 45.45
8.34 34.37
10、20、 30、40层 设加强层
5.554 5.423
97.65%
5.507 99.15%
注：周期单位为 s 。
27
楼层
50
Mode1 40
Mode3
30
Mode2
20
Mode4
10
0
振型
a）X向振型
0.34H 0.48H 0.64H 0.76H 0.86H 0.90H H
0.32H 0.48H 0.62H 0.76H 0.86H 0.90H H
设加强层与不设加强层对比
加强层数 2 2 2
3 2
加强层类型 桁架 梁式 梁式
梁式 梁式
位移控制 内力控制 其 他
顶 点 位 移 最 大 柱 拉 自振周期
减小13% 力 减 小 降低8%
20% 顶 点 减 小 外柱弯矩 混凝土省
28%，层间 增13.2% 690 立 方
减小25%
米
顶 点 减 小 外框剪力
楼层
50
40
Mode3
30
Mode1
Mode2 Mode4
20
10
0
振型
b）Y向振型
28
4、结构顶层位移对比
顶点 侧向位移相对百分比 顶点侧向位移
1.00 0.96
刚接 半刚性连接 铰接
0.92
0.88
0.84
0.80
0.76 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
b）剪力（kN）
3513.09 3514.91
2997.54 2999.64
c）轴力（kN）
33
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438。
34
2、一道刚臂时刚臂位置与顶点位移的关系
35
3、刚臂数量与位移和层间位移角的关系
36
4、不同方案时柱Z1的轴力
66.47 -117.68
71.72 44.58
52.61 32.80
7.39 13.99
-1.89 -3.80
271.81 1023.96
271.14 160.89
115.89 798.96
357.81
-354.52 -815.78
-131.42
76.32 581.67
75.68
-58.65 -460.15
10000 30000
10000
1
2
3
4
10000 10000 10000 30000
ABCD
a）标准层及加强层平面图 b）结构剖面图 c）三维透视图 25
2、模型方案
刚接
模
型
方
半刚接
案
铰接
无加强层 17、34层 10、20、30、40层
13、25、38层 25层
26
3、周期与振型比较
连接形式
铰接 刚接 刚接/铰接百分比 半刚接 半刚接/铰接百分比
5、结构楼层变形对比
楼层
50
刚接
铰接
40
半刚接
30
20
10
0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
水平位移(mm)
地 震 作 用 下
楼层
50
刚接
铰接
40
半刚接
30
20
10
0
0
30
60
90
120
150
楼层位移(mm)
风 荷 载 作 用 下
楼层
楼层
50
刚接
铰接
40
半刚接
30
37
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。
38
39
柱Z1的轴力和剪力
40
实例1：大连国贸大厦
地下5层，地上 79层，420m高。
41
分别在第23、37、50、62、79层设置桁架式加强 层。
53
湖南大学复临舍教学楼楼梯1
54
湖南大学复临舍教学楼楼梯2
55
1、错层结构分类
56
错层柱（墙）
错层柱（墙）
2、错层结构的形式
错层柱（墙）
包含型错层结构
交叉型错层结构
混合型错层结构
57
58
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力集中，受 力复杂，容易发生破坏。
24
外围钢框架
D
10000
主梁 （加强层）
主梁 （加强层）
50X3500=175000
ETABS
软 件 反 应 谱 分 析
C
10000 30000
主梁 （加强层）
主梁 （加强层）
3500 3000 3500
主梁 C1 （加强层）
主梁
W1
（加强层）
B
10000
主梁 （加强层）
主梁 （加强层）
A
10000
不设加强 层
7.265 6.349 87.39% 6.865 94.50%
25层设加 强层
6.359 5.936 93.34% 6.189 97.33%
17、34 层设加强
层
5.978 5.714
95.58%
5.878 98.32%
13、25、 38层设加
强层
5.728 5.548
96.86%
5.661 98.84%
30%
为 42% ，
内筒为
58% 风载下小
加强层高
14%，地震 下小10%
4.2m
顶点小32%， 层间小35%
加强层高 3.5m
4
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。
加强层相对位置
250 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150
0
刚接 半刚性连接 铰接
1
2
3
4
加强层数量
连接形式
铰接 刚接 刚接/铰接百分 比 半刚接/铰接 百分比
不设加 强层
246mm 189mm
25层设 加强层
192mm 168mm
17、34 层设加 强层
170mm
20
21
22
23
算例1：
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。
59
（一）柱的抗侧刚度
Δ=1
D1
Δ=1
6EI h3
D2
Δ=1 M
h
D0
6EI
M
h3
D
c D1
c
12EI h3
60
1、并联柱的抗侧刚度
Δ1
Δ2
Δ3
Δn
F
D1
D2
D3
Dn
n
D总 D1 D2 D3 Dn Di i 1 61
2、串联柱的抗侧刚度
F Dm
D2 D1
D总
1
1
1
D1
0.24
6
3 0.44
3
0.20
2
作为工程实际应用，可近似在等分点处布置加强层。
9
2、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。
10
11
12
13
3727.091 3983.947
7212.954
-767.248
43337.73 48139.38
39984.59 44376.88
地震弯矩
风荷弯矩
弯矩（kN·m）
1269.45 673544..4895893.55 1563.69
-4959.8
880.83 229.39 341.24 1158.14
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。
1
1、加强层的结构形式
2
2、加强层的工作机理
3
工程名称 层数
上海锦江
饭店
44
河南某办
公大楼
34
深圳商业
中心
52
北京国际
大厦
41
广州天河 娱 乐 广 场 33 主楼
表1-2
总高/m 154 117.2 167.2
153.3 125.6
1
1 m1
Dm D i1 i
各柱剪力：
Qij
Dj
m
Fj
Dj
j 1
62
（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
63
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。
64
3、求框架在水平荷载 下的各柱剪力。
65
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。
20
10
0 0.0000 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.0010 0.0012 0.0014
层间位移角
50
刚接
铰接
40
半刚接
30
20
10
0 0.0000
0.0002
0.0004 0.0006 0.0008
层间位移角
0.0010
30
0.0012
6、结构楼层变形对比
楼层
50 筒体 框架
14
15
（二）楼盖刚度及连接方式的影响
16
17
18
（三）外环梁的作用 天津华信商厦[51]：
19
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。
353.8
4
桁架
226
3
桁架
223
4
桁架
150
2
桁架
6
（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。
缺点： 主要缺点是使结构的竖向刚度、内力和变形发生 突变。
5
4、工程应用情况
工程名称 上海环球金融中 心大厦 上海金茂大厦
层数 101
88
深圳地王大厦
81
深圳赛格广场
71
天津国贸中心
63
东京新宿行政楼 54
墨尔本BHP大楼 41
总高/m 加强层数量 加强层类型
492
3
桁架
372
3
桁架
384.3
4
桁架
40
30
20
10
0 -100000 0 100000 200000 300000 400000 500000 600000
筒体及框架弯矩（kN·m）
楼层
50
筒体 框架 40
30
20
10
-2000
0
0
2000
4000
6000
筒体及框架剪力（kN）
8000
31
7、加强层对核心筒墙肢内力的影响
67.357 841.855
2186.97 1473.25
5136.98 1586.37 2453.11
-4674.39
1923.62 1124.73 1254.91 2105.19
3247.06 2899.87
2495.45 2100.19
地震剪力
风荷剪力
剪力（kN·m）
32
8、加强层对外框架柱内力的影响
160.31 88.90
42
43
44
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。
45
46
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。
47
48
49
50
51
52
错层结构是指将同层楼面分成两个或两个以上的区段，并将 他们沿房屋高度方向错动形成的结构。 错层结构在高层建筑结构中其实普遍存在，如楼梯间。不过 此处讨论面积较大的错层。
7
计算简图： 1975年美国学者Taranath计算模型：
8
加强 层数 X1/ X2/ X3/ X4/ 量H H H H
1
由图可求得结构的
内力和位移方程，根