加强层

建筑学名词

加强层，建筑学名词，指的是设置了连接内筒与外围结构的水平外伸臂（梁或桁架）结构的楼层。

简介

加强层是在高层建筑中某几个部位，通常是利用设备层或避难层空间设置刚度较大的水平外伸构件加强核心筒与框架柱的连系，必要时可设置刚度较大的周边环带构件，腰桁架和帽桁架，加强外周框架角柱与翼缘柱的连系。因此，加强层构件有三种类型,一是伸臂，二是腰桁架和帽桁架，三是环向构件。三者的功能不同，不一定同时设置，但如果设置，它们一般在同一层。加强层的高度往往是一层楼高，其刚度比其它水平构件大数十倍,故有的文献在研究加强层对高层建筑的影响时称为刚性层或水平刚性层。由于它是从核心筒或核心剪力墙伸出，所以有的文献又称为伸臂结构或水平伸臂结构。

伸臂

伸臂都布置在结构的内部，横跨在外柱和内筒之间,在平面上，伸臂布置要对称，伸臂要与内筒的剪力墙对齐，以便剪力墙承受伸臂传来的大弯矩。沿高度,应考虑布置在有效的楼层。与伸臂相连的外柱往往是受轴力很大的柱子，有些结构采用了断面很大的少量柱子抵抗倾覆力矩及剪力，周边再设置一些小断面柱子只承受少量楼板传来的荷载，它们可起到抗扭的作用，例如上海金茂大厦，有些结构可以布置截面相同、间距相同的许多柱子，利用外环梁将少数柱子的大轴力分散到其它柱子上。

腰桁架和帽桁架

也是设置在内筒和外柱间的刚度很大的桁架或大梁，但是它的作用是减少内筒和外柱的竖向变形差。由于内筒和外柱的竖向应力不同、温度差别、徐变差别等，常常导致内外构件竖向变形不同。内、外构件的竖向变形差使楼盖大梁产生变形和相应应力，如果变形引起的应力较大，会减小它们承受使用荷载、地震作用的能力，甚至较早出现裂缝。设置刚度很大的桁架或大梁，可以限制内、外竖向变形差，从而减小楼盖大梁的变形。一般在高层建筑高度较大时，就需要设置限制内外变形差的桁架或大梁。如果仅仅考虑减小重力荷载、温度徐变产生的竖向变形差，在一层的结构中，一般在顶层设置一道桁架效果最为明显，称其为帽桁架，当结构高度很大时，也可以同时在中间设置，称其为腰桁架。

伸臂和帽桁架、腰桁架形式相同，作用却不同。有时需要突出某一个作用，有时可以将二者结合。在较高的高层建筑中，如果将减小侧移的伸臂结构与减小竖向变形差的帽桁架或腰桁架结合，则可在顶部及一处设置两道伸臂，综合效果较好。

环向构件

环向构件是指沿结构周边布置一层楼或两层楼高的桁架，它们的作用是：

（1）加强结构外圈的竖向构件的联系，加强结构的整体性，即在结构身上加上一道“箍”，如果结构很高，也可加两道或三道“箍”。

（2）由于它们的刚度很大，也可以协调周圈竖向构件的变形，减小竖向变形差，使竖向构件受力均匀。在框筒结构中，环向构件加强了深梁的作用，可减少剪力滞后。在框架一核心筒结构中，它加强了外圈柱的联系，并可以将伸臂作用在少数柱子上产生的轴力分散到其它柱子，使相邻柱所受轴力均匀化。

实腹环梁较少采用，因为在建筑外围需要有窗洞，密闭时无法采光。此外加强层常常与设备层、避难层结合在一起，对外更要开敞以便遇到意外灾难时的救援。因此，环向构件很少采用实腹梁，多数采用斜杆桁架或空腹桁架。

优缺点

高层建筑结构抗震设计中一种有效控制结构侧移的方法是在结构适当位置设置刚度很大的水平加强层，这种方法的突出优点是：

（1）明显改善结构的受力状态，有效减少结构侧移，增大结构抗侧移刚度。

（2）用设备层或避难层作为水平加强层，如水平支承大梁、空腹桁架、梁式、板式箱形结构布置转换层等，可较好地解决建筑底部或其它层的需要开高大空间，造成结构上下层形式不同和结构布置上的矛盾，从而满足建筑功能需求。

（3）经济的角度来看，在满足使用功能和规范要求的前提下，减小剪力墙、筒体和柱等构件中的截面尺寸，增大了使用面积，提高净、毛面积比，有利于建筑的使用，增强了建筑的租售竞争力，由于减小剪力墙，筒体和柱等构件中的截面尺寸，与不设水平加强层的相应结构相比，可节约混凝土12%左右。可见，设置水平加强层是减小高层建筑结构侧移提高其抗侧移刚度的一种既有效又经济的的方法。

带加强层框架一核心筒结构的缺点：加强层的存在使结构刚度沿竖向发生突变，结构的核心筒和外围框架的变形协调集中在加强层处，这就导致在重力和水平荷载作用下，加强层上下附近几层的内力发生突变，结构地震反应复杂，在地震作用下容易出现薄弱层，而且直到目前（2017年）为止国内外缺乏此类结构的震害资料，因此带加强层框架一核心筒结构在地震区采用时应采取专门的有效措施，9度区不应采用。

作用

高层框架-核心筒结构设计中，当抗侧力刚度不能满足设计要求时，通常可考虑利用建筑设备层和避难层的空间，设置加强层以控制结构位移。实际上，加强层不但可以增大结构抗侧刚度、控制结构位移，还可以调节倾覆弯矩在核心筒和外框之间的分配比例。一般说来，框筒结构中混凝土核心筒或带支撑的钢框架内筒，其抗倾覆弯矩的能力比外框筒差，相反，倾覆弯矩分配比例却往往是核心筒占了大部分，通常可达到 70% ～ 80% 左右。加强层的引入，可以使总倾覆弯矩从核心筒向外框转移，减小核心筒的倾覆弯矩。

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