加強層

加強層，建築學名詞，指的是設定了連線內筒與外圍結構的水平外伸臂（梁或桁架）結構的樓層。

基本介紹

• 中文名：加強層
• 外文名：Reinforcement layer
• 構件：伸臂、腰桁架和帽桁架、環向構件
• 又稱：剛性層或水平剛性層
• 水平外伸構件：梁箱形梁、斜腹桿桁架、空腹桁架
• 作用：增大結構抗側剛度、控制結構位移 

加強層概念

加強層是在高層建築中某幾個部位，通常是利用設備層或避難層空間設定剛度較大的水平外伸構件加強核心筒與框架柱的連繫，必要時可設定剛度較大的周邊環帶構件，腰桁架和帽桁架，加強外周框架角柱與翼緣柱的連繫。因此，加強層構件有三種類型,一是伸臂，二是腰桁架和帽桁架，三是環向構件。三者的功能不同，不一定同時設定，但如果設定，它們一般在同一層。加強層的高度往往是一層樓高，其剛度比其它水平構件大數十倍,故有的文獻在研究加強層對高層建築的影響時稱為剛性層或水平剛性層。由於它是從核心筒或核心剪力牆伸出，所以有的文獻又稱為伸臂結構或水平伸臂結構。

伸臂

伸臂都布置在結構的內部，橫跨在外柱和內筒之間,在平面上，伸臂布置要對稱，伸臂要與內筒的剪力牆對齊，以便剪力牆承受伸臂傳來的大彎矩。沿高度,應考慮布置在有效的樓層。與伸臂相連的外柱往往是受軸力很大的柱子，有些結構採用了斷面很大的少量柱子抵抗傾覆力矩及剪力，周邊再設定一些小斷面柱子只承受少量樓板傳來的荷載，它們可起到抗扭的作用，例如上海金茂大廈，有些結構可以布置截面相同、間距相同的許多柱子，利用外環梁將少數柱子的大軸力分散到其它柱子上。

腰桁架和帽桁架

也是設定在內筒和外柱間的剛度很大的桁架或大梁，但是它的作用是減少內筒和外柱的豎向變形差。由於內筒和外柱的豎向應力不同、溫度差別、徐變差別等，常常導致內外構件豎向變形不同。內、外構件的豎向變形差使樓蓋大梁產生變形和相應應力，如果變形引起的應力較大，會減小它們承受使用荷載、地震作用的能力，甚至較早出現裂縫。設定剛度很大的桁架或大梁，可以限制內、外豎向變形差，從而減小樓蓋大梁的變形。一般在高層建築高度較大時，就需要設定限制內外變形差的桁架或大梁。如果僅僅考慮減小重力荷載、溫度徐變產生的豎向變形差，在一層的結構中，一般在頂層設定一道桁架效果最為明顯，稱其為帽桁架，當結構高度很大時，也可以同時在中間設定，稱其為腰桁架。

伸臂和帽桁架、腰桁架形式相同，作用卻不同。有時需要突出某一個作用，有時可以將二者結合。在較高的高層建築中，如果將減小側移的伸臂結構與減小豎向變形差的帽桁架或腰桁架結合，則可在頂部及一處設定兩道伸臂，綜合效果較好。

環向構件

環向構件是指沿結構周邊布置一層樓或兩層樓高的桁架，它們的作用是：

（1）加強結構外圈的豎向構件的聯繫，加強結構的整體性，即在結構身上加上一道“箍”，如果結構很高，也可加兩道或三道“箍”。

（2）由於它們的剛度很大，也可以協調周圈豎向構件的變形，減小豎向變形差，使豎向構件受力均勻。在框筒結構中，環向構件加強了深梁的作用，可減少剪力滯後。在框架一核心筒結構中，它加強了外圈柱的聯繫，並可以將伸臂作用在少數柱子上產生的軸力分散到其它柱子，使相鄰柱所受軸力均勻化。

實腹環梁較少採用，因為在建築外圍需要有窗洞，密閉時無法採光。此外加強層常常與設備層、避難層結合在一起，對外更要開敞以便遇到意外災難時的救援。因此，環向構件很少採用實腹梁，多數採用斜桿桁架或空腹桁架。

加強層結構的優、缺點

高層建築結構抗震設計中一種有效控制結構側移的方法是在結構適當位置設定剛度很大的水平加強層，這種方法的突出優點是：
（1）明顯改善結構的受力狀態，有效減少結構側移，增大結構抗側移剛度。

（2）用設備層或避難層作為水平加強層，如水平支承大梁、空腹桁架、梁式、板式箱形結構布置轉換層等，可較好地解決建築底部或其它層的需要開高大空間，造成結構上下層形式不同和結構布置上的矛盾，從而滿足建築功能需求。

（3）經濟的角度來看，在滿足使用功能和規範要求的前提下，減小剪力牆、筒體和柱等構件中的截面尺寸，增大了使用面積，提高淨、毛面積比，有利於建築的使用，增強了建築的租售競爭力，由於減小剪力牆，筒體和柱等構件中的截面尺寸，與不設水平加強層的相應結構相比，可節約混凝土12%左右。可見，設定水平加強層是減小高層建築結構側移提高其抗側移剛度的一種既有效又經濟的的方法。

帶加強層框架一核心筒結構的缺點：加強層的存在使結構剛度沿豎向發生突變，結構的核心筒和外圍框架的變形協調集中在加強層處，這就導致在重力和水平荷載作用下，加強層上下附近幾層的內力發生突變，結構地震反應複雜，在地震作用下容易出現薄弱層，而且直到目前為止國內外缺乏此類結構的震害資料，因此帶加強層框架一核心筒結構在地震區採用時應採取專門的有效措施，9度區不應採用。

加強層作用

高層框架-核心筒結構設計中，當抗側力剛度不能滿足設計要求時，通常可考慮利用建築設備層和避難層的空間，設定加強層以控制結構位移。實際上，加強層不但可以增大結構抗側剛度、控制結構位移，還可以調節傾覆彎矩在核心筒和外框之間的分配比例。一般說來，框筒結構中混凝土核心筒或帶支撐的鋼框架內筒，其抗傾覆彎矩的能力比外框筒差，相反，傾覆彎矩分配比例卻往往是核心筒占了大部分，通常可達到 70% ～ 80% 左右。加強層的引入，可以使總傾覆彎矩從核心筒向外框轉移，減小核心筒的傾覆彎矩。