圖文詳解伸臂桁架與腰桁架

1、圖文詳解伸臂桁架與腰桁架 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，從而增強(qiáng)框架擔(dān)當(dāng)?shù)膬A覆力矩，同時(shí)減小了內(nèi)核心筒的傾覆力矩。它對(duì)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(dòng)，一般狀況下也會(huì)減小外框架的剪力分擔(dān)比。對(duì)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(duì)于筒中筒結(jié)構(gòu)而言，減小側(cè)移的效果很小。 在結(jié)構(gòu)四周設(shè)置腰桁架的作用作用是使各框架柱承受的軸力勻稱(chēng)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

2、；因?yàn)檠旒芸梢詼p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)可以按照詳細(xì)狀況，僅設(shè)置一種或者同時(shí)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(chēng)為加強(qiáng)層。 設(shè)置加強(qiáng)層后，造成結(jié)構(gòu)沿高度方向剛度不勻稱(chēng)，剛度突變帶來(lái)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(huì)消失較大的轉(zhuǎn)變，設(shè)置是方向性的轉(zhuǎn)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(huì)產(chǎn)生薄弱層效應(yīng)。 因此，在結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)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(jì)的結(jié)構(gòu)中，應(yīng)盡可能的減小消失薄弱層形成的不利效應(yīng)，因此可以不設(shè)置加強(qiáng)

3、層時(shí)，就不必設(shè)置加強(qiáng)層，需要設(shè)置加強(qiáng)層時(shí)，也不宜采用剛度過(guò)大的伸臂和腰桁架，以避開(kāi)加強(qiáng)層范圍消失過(guò)大的剛度突變。 沿高度可以布置一個(gè)樓層（一道）或多個(gè)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(shí)，減小側(cè)移的效果就不再顯然。 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(shí)，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(shí)，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(jì)中，伸臂

4、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宜詳細(xì)結(jié)構(gòu)的位置。 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。 因?yàn)樵敿?xì)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型和建造布置的不同，結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)層一般宜與高層建造的設(shè)備層和避難層統(tǒng)一，但是應(yīng)強(qiáng)調(diào)建造機(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。 從詳細(xì)的技術(shù)層面上講，伸臂桁架和腰桁架的剛度不宜太大，倘若采用整層樓高的鋼筋混凝土實(shí)腹大梁，不僅剛度突變過(guò)大，而且與它相連的上下層框架柱將十分不利，這些柱子簡(jiǎn)單消失塑性鉸及裂縫，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)施工便利，優(yōu)于鋼骨混凝土桁架。 因?yàn)榭拐鸾Y(jié)構(gòu)中設(shè)置加強(qiáng)層

5、，具有不利的效應(yīng)，加強(qiáng)層的剛度遠(yuǎn)大于其他樓層，并消失內(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。 一般狀況下，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(jí)采用，特一級(jí)時(shí)可不再提高。 伸臂桁架的上下弦是桁架的重要構(gòu)件，必定有拉伸和壓縮變形，有時(shí)又樓板剛益處于同一標(biāo)高，因此若根據(jù)樓板無(wú)限剛的假定舉行計(jì)算，則應(yīng)將伸臂桁架單獨(dú)開(kāi)來(lái)，以便釋放上下弦的拉伸和壓縮變形，或者計(jì)算的時(shí)候樓板采用彈性膜假定，實(shí)際設(shè)計(jì)中一般在加強(qiáng)層均需要按照詳細(xì)狀況提出不同的構(gòu)造措施和計(jì)算假定。 當(dāng)伸臂桁架或腰桁架兼做轉(zhuǎn)換層構(gòu)件時(shí)，不僅需要驗(yàn)算其豎向變形和承載力，而且對(duì)于這種構(gòu)件的抗震性能應(yīng)提出特別的

6、嚴(yán)格要求。 在高烈度設(shè)防區(qū)，當(dāng)在較高的或者特殊不規(guī)章的高層建造中設(shè)置加強(qiáng)層時(shí)，還宜實(shí)行進(jìn)一步的性能設(shè)計(jì)要求和措施。為了保證它在中震或大震作用下的平安性，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。按照結(jié)構(gòu)高度及其重要性，宜采用靜力彈塑性分析或時(shí)程分析檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)在中震及大震下的表現(xiàn)，以評(píng)估其達(dá)到設(shè)計(jì)抗震性能目標(biāo)的能力。 伸臂桁架和腰桁架、外框架及核心筒相連，除了務(wù)必根據(jù)提高一級(jí)的抗震等級(jí)設(shè)計(jì)外，在實(shí)際設(shè)計(jì)中還需要留意以下各項(xiàng)措施。 伸臂桁架和核心筒之間的銜接應(yīng)采用剛接，伸臂桁架對(duì)核心筒的作使勁（彎矩、剪力和軸力）很大，因此宜將其貫通核心筒，并與另一邊的伸臂相連，或伸臂深化墻中

7、應(yīng)有足夠的錨固長(zhǎng)度，且有牢靠的錨固措施以勻稱(chēng)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；倘若本來(lái)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，倘若未設(shè)置鋼骨，則可以在相鄰樓層設(shè)置局部鋼骨。 但是在結(jié)構(gòu)施工階段，應(yīng)對(duì)伸臂桁架結(jié)構(gòu)與核心筒之間銜接采用措施，使二者之間可以豎向滑動(dòng)，以避開(kāi)因?yàn)槭┕るA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(guò)大的初始應(yīng)力。待結(jié)構(gòu)的豎向變形差基本消退后，再舉行銜接。 伸臂桁架與外框柱的銜接雖然可以采用鉸接，但是為了保證銜接的牢靠性，柱中宜有鋼骨（或局部鋼骨）與其上先弦銜接。 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)根據(jù)設(shè)防烈度提高一度的要求決定。 因?yàn)榧訌?qiáng)層上下產(chǎn)生的內(nèi)力突變，加強(qiáng)層上下層樓