加强层的设置

在框架核心简结构中设置加强层，造成结构刚度和承载力的突变，并易形成薄弱层。地震区建筑，如何处理弹性层间位移角限值与刚度比限值之间的关系?

在地震作用下，当框架-核心筒结构的侧向刚度不能满足要求时，可设置加强层，但应控制加强层的刚度，宜设置有限刚度加强层。有条件时可设置多个加强层，宜控制每个加强层的刚度不致过大，避免结构刚度和内力的突变。

[问题分析]

1.钢筋混凝土框架核心简结构中，当结构的侧向刚度不能满足设计要求时，可利用设备层及避难层设置结构加强层。加强层的设置可使周围框架柱有效地发挥作用，以增强结构的侧向刚度。设置加强层可有效减小风荷载作用下结构的水平位移，满足高层建筑在风荷载作用下的舒适度要求。但加强层设置引起结构侧向刚度和结构内力的突变，设置不当将形成结构薄弱层，在地震作用下，难以实现“强柱弱梁”和“强剪弱弯”的抗震设计理念。因此，在地震区设置加强层应慎重。在高烈度地区应避免采用加强层，9度时不应设置加强层。

2.钢筋混凝土框架核心简结构的加强层，其水平构件的主要形式有:梁(实体梁或整层箱形梁)、斜腹杆桁架和空腹桁架(见图3. 6.2-1)。

3.加强层引起结构刚度及内力的突变(见图3.6.2-2~图3.6.2-4)

1)设置加强层，使结构侧向刚度大幅度增加，加强层及其上、下楼层处，结构的整体转动大幅度减小，导致结构变形的突变。

2)在地震作用下，核心简墙肢的内力突变。设置加强层带来的结构刚度的突变，造成结构内力的突变及结构传力途径的改变，在加强层附近较易形成薄弱层。核心筒墙肢沿房屋高度弯矩发生剧烈变化，在加强层的上、下数层弯矩大幅度增加。核心筒墙肢的剪力在加强层的上、下几层也同样有大幅度的增加。

3)在地震作用下，外围框架柱内力突变。柱轴力在加强层的下层突然增大，柱的弯矩和剪力在加强层的上、下均急剧增加。

4)加强层水平伸臂构件及周边环带构件承受很大的剪力和弯矩(见图3.6.2-5)

(1)当加强层仅布置水平伸臂构件(即不设置周边环带)时，其承受的弯矩和剪力最大;

(2)当加强层在布置水平伸臂构件的同时还设置周边环带时，其承受的弯矩和剪力降低较多。

5)加强层上下的楼板，由于翘曲的影响，有些部位承受双向弯矩，其主应力符号发生变化，仅布置水平伸臂构件(即不设置周边环带)时，楼板的翘曲影响较大;在布置水平伸臂构件的同时还设置周边环带时，楼板的翘曲影响较小。

4.加强层刚度及结构布置要点

1)宜选择有限刚度加强层

理论研究及震害调查表明:在罕遇地震作用下，设置刚度很大的加强层之框架-核心简结构，当不采取特殊的有效措施时，由于加强层及其上、下层应力集中而形成薄弱层，导致结构破坏甚至倒塌。强调尽可能增强原结构的刚度并设置有限刚度加强层。采用有限刚度加强层的根本目的只是弥补原结构整体刚度的不足，设置有限刚度加强层以满足规范对结构整体刚度的最低要求，从而减小非结构构件的损坏程度。

设置有限刚度加强层，以尽量减少结构刚度的突变和内力的剧增，使结构在罕遇地震作用下仍能实现“强柱弱梁”“强剪弱弯”的设计构想，避免形成薄弱层。

2)水平伸臂构件的选择

理论研究及结构试算表明:水平伸臂构件的刚度变化在一定范围内对结构的顶点位移影响明显，刚度过大后影响不明显。结构设计时应合理选择伸臂构件的刚度，以减少对结构侧向刚度的影响，避免内力剧增。

3)有限刚度加强层的布置

(1)沿房屋高度设置加强层时，可不必追求最有效部位，只要建筑允许，可沿高度设置多道加强层，每道加强层的刚度应适当，避免结构侧向刚度的突变。

(2)加强层内桁架或实体梁宜布置在核心筒墙与外围框架柱之间，形成水平伸臂桁架。在外伸臂加强层的周边设置周边环带，虽不能明显地减少结构的整体位移，但可减少水平伸臂构件的剪力和弯矩、减少加强层上下楼板的翘曲影响。

4)加强层宜采用桁架形式，可通过调整桁架腹杆的刚度，使加强层能在一定程度上弥补结构侧向刚度的不足，同时又能最大限度地减少结构的内力突变。在罕遇地震作用下，宜使加强层腹杆先屈服，避免加强层附近的外框架柱和核心筒墙肢发生破坏。也可结合工程需要将伸臂桁架上、下弦杆与外框架柱铰接，采取楼盖混凝土后浇或桁架下弦后连接等措施，减少重力荷载在核心筒及外围框架柱之间产生的差异沉降引起的内力(图3.6.2-6)。

5)加强层不宜设计成刚度很大的实体等截面高度的梁，因为仅仅通过改变梁的宽度调整加强层的刚度，其调整的幅度有限，“强柱弱梁”的要求也很难实现。必要时可考虑采用变截面实体梁(图3.6.2-6)。

5.结构加强措施

1)应注意加强层上、下的外围框架柱的强度及延性设计要求，必要时可采用钢骨混凝土柱并加设复合螺旋箍筋。

2)加强层及其上下楼层的核心筒墙肢应按底部加强部位的要求设计。

3)当采用梁式水平伸臂构件时，梁应确保强剪弱弯，并加配斜向交叉钢筋。

4)加强层上、下的楼板应适当加厚，并设置双向双层钢筋。