设置钢桁架加强层的框筒结构抗震性能分析

康文静

（河北工程大学土木工程学院，河北 邯郸 056038）

近年来我国各地不断的涌现出大量的高层建筑。高层建筑的高宽比一般较大，在地震作用下，侧向变形非常大。设置水平加强层，可使结构地震作用下的侧移量能满足规范的限值。而加强层会对建筑空间产生不利影响，如何合理选取加强层具有意义重大。本文结合具体模型分析加强层设置数量和位置的选择方法。

1 模型概况

主体结构选型带加强层的钢筋混凝土框架-核芯筒，总高度133.0m，全楼38层，层高均为3.5m。大楼为正方形平面，外框筒的平面尺寸为27m×27m，中央芯筒平面尺寸为9 m×9 m。 外框架500mm×1000mm，框架柱1400mm×1400mm，内框架梁和外环梁500mm×1000mm，次梁400mm×600mm，核心筒厚度 600mm，混凝土强度多采用C40和C50。楼面板140mm，强度C35。加强层为钢桁架600mm×300mm×12mm×25mm。

本模型地震作用各项参数如下： 抗震设防类：丙类；抗震设防烈度：7度；设计基本地震加速度值为0.15g；建筑场地类别为一类，水平地震影响系数最大值为0.08（多遇地震作用下）；框架抗震和核心筒抗震等级均为一级。设计特征周期为0.35s；结构阻尼比为0.04。

2 不同数量加强层对结构力学性能的影响

由表1可见设置一个加强层对减小结构侧移效果最明显，设置多个加强层时，其效果逐渐减弱。

由图1和图2可知，设置加强层后，楼层的剪力值都有不同程度增大，特别是在设置加强层处，层剪力值会因为刚度的增大而出现突变，导致内力重分布。层弯矩沿楼层的高度有均匀减小趋势，但在水平加强层处的弯矩骤然减小，产生突变。

由图3可知，设置加强层后，中柱的剪力在加强层及相邻的上下层突然增加。例如设置一道加强层时，剪力增大到114.12kN，增幅为360%；但随着加强层数量的增加，加强层处柱子剪力的突变幅度趋于固定，有利于结构抗震。由图4可知，较大刚度的加强层可使外框架中柱参与结构的整体抗弯，从而增加柱的轴向力。柱的轴向拉压力形成了整体抗弯力矩，有利于平衡水平力产生的倾覆弯矩。降低了混凝土核心筒的抗弯要求，达到减小侧移的目的。设置多道加强层时，外框柱的轴力减小呈现台阶型变化。

表1 设置不同数量加强层的最大顶点位移和最大层间位移（mm）

图1 不同数量加强层的层剪力曲线图

图2 不同数量加强层的层弯矩曲线图

图3 不同数量加强层的框架中柱剪力曲线图

图4 不同数量加强层的框架中柱轴力曲线图

结语

如果结构在考虑结构侧移的同时又考虑层间位移，给出了设置钢斜腹杆桁式加强层的最优位置在H/2处。建议在实际工程中如果需要设置多道加强层时，最好不要超过二道。

柱内力在加强层及附近楼层处骤然突变，在罕遇地震的下，加强层处及附近楼层的外框柱会先破坏。建议应采取措施提高加强层以及上、下层的竖向体系的抗震能力。

[1]高振世，朱继澄，等.建筑结构抗震设计[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.

[2]沈蒲生.带加强层与错层高层结构设计与施工[M].北京：机械工业出版社，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）.