带加强层与错层高层结构设计与施工.ppt

1 带加强层与错层高 层结构设计与施工 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 工程名称层数总高/m加强层数加强层类型位移控制内力控制 其 他 上海锦江 饭店 44 154 2 桁架 顶点位移 减小13% 最大柱拉 力减小 20% 自振周期 降低8% 河南某办 公大楼 34 117.2 2 梁式 顶点减小 28%，层间 减小25% 外柱弯矩 增13.2% 混凝土省 690立方 米 深圳商业 中心 52 167.2 2 梁式 顶点减小 30% 外框剪力 为42%， 内筒为 58% 北京国际 大厦 41 153.3 3 梁式 风载下小 14%，地震 下小10% 加强层高 4.2m 广州天河 娱乐广场 主楼 33 125.6 2 梁式 顶点小32% ，层间小 35% 加强层高 3.5m 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 工程名称 层 数 总高/m 加强层数量加强层类型 上海环球金融中 心大厦 101 492 3 桁架 上海金茂大厦 88 372 3 桁架 深圳地王大厦 81 384.3 4 桁架 深圳赛格广场 71 353.8 4 桁架 天津国贸中心 63 226 3 桁架 东京新宿行政楼 54 223 4 桁架 墨尔本BHP大楼 41 150 2 桁架 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。 加强层层数量 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。 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。 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 连连接形式 不设设加强 层层 25层设层设 加 强层层 17、34 层设层设 加强 层层 13、25、 38层设层设 加 强层层 10、20、 30、40层层 设设加强层层 铰铰接7.2656.3595.9785.7285.554 刚刚接6.3495.9365.7145.5485.423 刚刚接/铰铰接百分比87.39%93.34%95.58%96.86%97.65% 半刚刚接6.8656.1895.8785.6615.507 半刚刚接/铰铰接百分比94.50%97.33%98.32%98.84%99.15% 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 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% 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 33 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 图A 图B 77 已知：20层，按图A和图B两种方式布置剪 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 不设剪力墙时柱剪力按图A设剪力墙时柱剪力按图B设剪力墙时柱剪力 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