設置鋼桁架加強層的框筒結構抗震性能分析

康文靜

（河北工程大學土木工程學院，河北 邯鄲 056038）

近年來我國各地不斷的涌現出大量的高層建筑。高層建筑的高寬比一般較大，在地震作用下，側向變形非常大。設置水平加強層，可使結構地震作用下的側移量能滿足規范的限值。而加強層會對建筑空間產生不利影響，如何合理選取加強層具有意義重大。本文結合具體模型分析加強層設置數量和位置的選擇方法。

1 模型概況

主體結構選型帶加強層的鋼筋混凝土框架-核芯筒，總高度133.0m，全樓38層，層高均為3.5m。大樓為正方形平面，外框筒的平面尺寸為27m×27m，中央芯筒平面尺寸為9 m×9 m。 外框架500mm×1000mm，框架柱1400mm×1400mm，內框架梁和外環梁500mm×1000mm，次梁400mm×600mm，核心筒厚度 600mm，混凝土強度多采用C40和C50。樓面板140mm，強度C35。加強層為鋼桁架600mm×300mm×12mm×25mm。

本模型地震作用各項參數如下： 抗震設防類：丙類；抗震設防烈度：7度；設計基本地震加速度值為0.15g；建筑場地類別為一類，水平地震影響系數最大值為0.08（多遇地震作用下）；框架抗震和核心筒抗震等級均為一級。設計特征周期為0.35s；結構阻尼比為0.04。

2 不同數量加強層對結構力學性能的影響

由表1可見設置一個加強層對減小結構側移效果最明顯，設置多個加強層時，其效果逐漸減弱。

由圖1和圖2可知，設置加強層后，樓層的剪力值都有不同程度增大，特別是在設置加強層處，層剪力值會因為剛度的增大而出現突變，導致內力重分布。層彎矩沿樓層的高度有均勻減小趨勢，但在水平加強層處的彎矩驟然減小，產生突變。

由圖3可知，設置加強層后，中柱的剪力在加強層及相鄰的上下層突然增加。例如設置一道加強層時，剪力增大到114.12kN，增幅為360%；但隨著加強層數量的增加，加強層處柱子剪力的突變幅度趨于固定，有利于結構抗震。由圖4可知，較大剛度的加強層可使外框架中柱參與結構的整體抗彎，從而增加柱的軸向力。柱的軸向拉壓力形成了整體抗彎力矩，有利于平衡水平力產生的傾覆彎矩。降低了混凝土核心筒的抗彎要求，達到減小側移的目的。設置多道加強層時，外框柱的軸力減小呈現臺階型變化。

表1 設置不同數量加強層的最大頂點位移和最大層間位移（mm）

圖1 不同數量加強層的層剪力曲線圖

圖2 不同數量加強層的層彎矩曲線圖

圖3 不同數量加強層的框架中柱剪力曲線圖

圖4 不同數量加強層的框架中柱軸力曲線圖

結語

如果結構在考慮結構側移的同時又考慮層間位移，給出了設置鋼斜腹桿桁式加強層的最優位置在H/2處。建議在實際工程中如果需要設置多道加強層時，最好不要超過二道。

柱內力在加強層及附近樓層處驟然突變，在罕遇地震的下，加強層處及附近樓層的外框柱會先破壞。建議應采取措施提高加強層以及上、下層的豎向體系的抗震能力。

[1]高振世，朱繼澄，等.建筑結構抗震設計[M].北京：中國建筑工業出版社，1999.

[2]沈蒲生.帶加強層與錯層高層結構設計與施工[M].北京：機械工業出版社，2009（05）：l-20.

[3]B.S.Taranath. Optimum Belt Truss Locations For High-rise Structures.Structural Engineer.1975.53（08）：345-347.

[4]B.Stafford.Smith.Irawan Parameter Study Of Outrigger-Braced Tall Building Structures. journal of the structure division，ASCE，1981（06）.