空間結(jié)構(gòu)設(shè)計公司伸臂桁架、腰桁架、超高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

在外框柱與核心筒之間設(shè)置伸臂桁架的主要目的是減小結(jié)構(gòu)側(cè)移，它的機(jī)理是提高水平荷載作用下的外框架柱的軸力，從而增加框架承擔(dān)的傾覆力矩，同時減小了內(nèi)核心筒的傾覆力矩。它對結(jié)構(gòu)形成的反彎作用可以有效的增大結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，減小結(jié)構(gòu)側(cè)移動，一般情況下也會減小外框架的剪力分擔(dān)比。對于框架核心筒結(jié)構(gòu)，設(shè)置伸臂桁架后減小側(cè)移顯著，而對于筒中筒結(jié)構(gòu)而言，減小側(cè)移的效果很小。

多高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

在結(jié)構(gòu)周圍設(shè)置腰桁架的作用作用是使各框架柱承受的軸力均勻變化，因此也可以達(dá)到提高外框架抗傾覆力矩的能力以及減小側(cè)移的目的，但是不如伸臂有效。在框架核心筒結(jié)構(gòu)中，視外框柱的數(shù)量和布置方式，可以設(shè)置腰桁架，也可以不設(shè)置；由于腰桁架可以減小框筒結(jié)構(gòu)的剪力滯后，因而在筒中筒結(jié)構(gòu)中，腰桁架可以加大結(jié)構(gòu)的整體剛度并減小其側(cè)移。

結(jié)構(gòu)可以根據(jù)具體情況，僅設(shè)置一種或者同時設(shè)置以上兩種構(gòu)件，設(shè)置了伸臂桁架、腰桁架的樓層可統(tǒng)稱為加強(qiáng)層。

設(shè)置加強(qiáng)層后，造成結(jié)構(gòu)沿高度方向剛度不均勻，剛度突變帶來內(nèi)力突變，因此在加強(qiáng)層及上下相鄰層構(gòu)件的內(nèi)力會出現(xiàn)較大的改變，設(shè)置是方向性的改變，加強(qiáng)層的剛度越大，內(nèi)力突變的程度也越大，這種突變會產(chǎn)生薄弱層效應(yīng)。

因此，在結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計中，采用伸臂桁架、腰桁架的效果很好，它可以采用剛度大的加強(qiáng)層，以形成較大的抗側(cè)剛度。

而在抗震設(shè)計的結(jié)構(gòu)中，應(yīng)盡可能的減小出現(xiàn)薄弱層形成的不利效應(yīng)，因此可以不設(shè)置加強(qiáng)層時，就不必設(shè)置加強(qiáng)層，需要設(shè)置加強(qiáng)層時，也不宜采用剛度過大的伸臂和腰桁架，以避免加強(qiáng)層范圍出現(xiàn)過大的剛度突變。

沿高度可以布置一個樓層（一道）或多個樓層（多道）的伸臂桁架和腰桁架。研究表明，多道伸臂桁架減小側(cè)移的效果優(yōu)于一道伸臂桁架，但是伸臂結(jié)構(gòu)數(shù)量與減小側(cè)移并不成正比，當(dāng)設(shè)置四道以上的伸臂桁架時，減小側(cè)移的效果就不再明顯。

伸臂設(shè)置的位置不同，其減小側(cè)移的效果也不相同，研究表明，當(dāng)沿高度僅設(shè)置一道伸臂桁架時，可以設(shè)置在結(jié)構(gòu)的2/3H處減小側(cè)移效果最好，而要減小內(nèi)筒傾覆彎矩則越靠下越好；設(shè)置兩道伸臂桁架時，其中一道可設(shè)置在0.7H高度處，另一道大約設(shè)置在0.5H處。一般的高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中，伸臂桁架設(shè)置位置需要做敏感性分析，以研究其最有效和最適合具體結(jié)構(gòu)的位置。

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筒中筒結(jié)構(gòu)中腰桁架的設(shè)置則要視減小剪力滯后的效果而定。

由于具體結(jié)構(gòu)的類型和建筑布置的不同，結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)層一般宜與高層建筑的設(shè)備層和避難層統(tǒng)一，但是應(yīng)強(qiáng)調(diào)建筑機(jī)電和結(jié)構(gòu)的合作優(yōu)化，包括加強(qiáng)層的位置，數(shù)量等。

從具體的技術(shù)層面上講，伸臂桁架和腰桁架的剛度不宜太大，如果采用整層樓高的鋼筋混凝土實腹大梁，不僅剛度突變過大，而且與它相連的上下層框架柱將非常不利，這些柱子容易出現(xiàn)塑性鉸及裂縫，甚至破壞，呈“強(qiáng)梁弱柱”的不利抗震概念。因此，伸臂桁架、腰桁架均宜采用桁架結(jié)構(gòu)，其中鋼結(jié)構(gòu)施工方便，優(yōu)于鋼骨混凝土桁架。

由于抗震結(jié)構(gòu)中設(shè)置加強(qiáng)層，具有不利的效應(yīng)，加強(qiáng)層的剛度遠(yuǎn)大于其他樓層，并出現(xiàn)內(nèi)力突變，因此應(yīng)提高加強(qiáng)層以及與加強(qiáng)層相鄰的豎向構(gòu)件的抗震性能。

一般情況下，加強(qiáng)層及上下相鄰層中混凝土構(gòu)件的抗震構(gòu)造措施應(yīng)提高一級采用，特一級時可不再提高。

伸臂桁架的上下弦是桁架的重要構(gòu)件，必然有拉伸和壓縮變形，有時又樓板剛好處于同一標(biāo)高，因此若按照樓板無限剛的假定進(jìn)行計算，則應(yīng)將伸臂桁架單獨開來，以便釋放上下弦的拉伸和壓縮變形，或者計算的時候樓板采用彈性膜假定，實際設(shè)計中一般在加強(qiáng)層均需要根據(jù)具體情況提出不同的構(gòu)造措施和計算假定。

當(dāng)伸臂桁架或腰桁架兼做轉(zhuǎn)換層構(gòu)件時，不僅需要驗算其豎向變形和承載力，而且對于這種構(gòu)件的抗震性能應(yīng)提出特殊的嚴(yán)格要求。

在高烈度設(shè)防區(qū)，當(dāng)在較高的或者特別不規(guī)則的高層建筑中設(shè)置加強(qiáng)層時，還宜采取進(jìn)一步的性能設(shè)計要求和措施。為了保證它在中震或大震作用下的安全性，可以要求其桿件和相鄰桿件在中震或大震下不屈服，甚至更高的性能要求。根據(jù)結(jié)構(gòu)高度及其重要性，宜采用靜力彈塑性分析或時程分析檢驗結(jié)構(gòu)在中震及大震下的表現(xiàn)，以評估其達(dá)到設(shè)計抗震性能目標(biāo)的能力。

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伸臂桁架和腰桁架、外框架及核心筒相連，除了必須按照提高一級的抗震等級設(shè)計外，在實際設(shè)計中還需要注意以下各項措施。

伸臂桁架和核心筒之間的連接應(yīng)采用剛接，伸臂桁架對核心筒的作用力（彎矩、剪力和軸力）很大，因此宜將其貫穿核心筒，并與另一邊的伸臂相連，或伸臂深入墻中應(yīng)有足夠的錨固長度，且有可靠的錨固措施以均勻傳遞伸臂的集中力。

與伸臂桁架相連部位的混凝土墻內(nèi)應(yīng)設(shè)置豎向鋼骨；如果原來結(jié)構(gòu)中已經(jīng)設(shè)置鋼骨，則應(yīng)利用此鋼骨與伸臂桁架構(gòu)件相連，如果未設(shè)置鋼骨，則可以在相鄰樓層設(shè)置局部鋼骨。

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但是在結(jié)構(gòu)施工階段，應(yīng)對伸臂桁架結(jié)構(gòu)與核心筒之間連接采用措施，使二者之間可以豎向滑動，以避免由于施工階段內(nèi)外結(jié)構(gòu)構(gòu)件的豎向變形差在伸臂結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生過大的初始應(yīng)力。待結(jié)構(gòu)的豎向變形差基本消除后，再進(jìn)行連接。

伸臂桁架與外框柱的連接雖然可以采用鉸接，但是為了保證連接的可靠性，柱中宜有鋼骨（或局部鋼骨）與其上先弦連接。

加強(qiáng)層及其上下各一層的外框鋼骨混凝土柱，應(yīng)沿柱全高加密箍筋；鋼柱的板件寬厚比限值應(yīng)按照設(shè)防烈度提高一度的要求確定。

由于加強(qiáng)層上下產(chǎn)生的內(nèi)力突變，加強(qiáng)層上下層樓板會傳遞很大的剪力，因此應(yīng)適當(dāng)增強(qiáng)樓板的剛度，樓板厚度不宜小于150mm，且不宜開較大的洞口，樓板的混凝土強(qiáng)度等級不宜小于C30，且應(yīng)設(shè)置雙向雙排鋼筋。有必要時，尚應(yīng)控制樓板在指定側(cè)向力下的應(yīng)力水平。