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简述加劲的钢框架-核心筒体系的组成及受力与变形特征。

发布时间：2025-09-10 01:14:43

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答案：1.体系特征
加劲的钢框架-核心筒体系，是在钢框架-核心筒体系中，增设连接核心筒与外围钢框架的大型桁架（称为加劲伸臂桁架，简称刚臂）以及增设连接外围钢框架的周边大型桁架（称为加劲周边桁架，简称外围桁架）所组成的结构体系。
这是因为，就抵抗水平荷载而言，核心筒（竖向支撑）为弯曲型悬臂构件，其水平承载能力和抗推刚度的大小，与核心筒（竖向支撑）的髙宽比成反比。当高层建筑采用钢框架-核心筒体系时，尽管核心筒作为主要抗侧力结构，但中央服务竖井的平面尺寸较小，沿服务竖井布置的竖向支撑高宽比较大，房屋很高时，由于支撑的髙宽比值太大，抗侧力效果显著降低，往往不能满足其要求。此时，应沿核心筒竖向支撑所在平面，在房屋顶层以及每隔若干层，沿房屋纵向、横向或其他合适方向，设置至少一层楼高的加劲大型桁架——伸臂桁架和周边桁架，将内部支撑与外圈框架柱连为一整体弯曲构件，共同抵抗水平荷载引起的倾覆力矩。所以，这种体系被称为加劲的钢框架-核心筒体系。可见，这种体系是对钢框架-核心筒体系进行的一种改进体系。
这一体系基本上可不改变钢框架-核心筒体系的结构布置，只是通过设置刚臂和外围桁架，使外围钢框架的所有柱均参与整体抗弯作用，从而提高了整个结构的侧向刚度，减少了内筒所承担的倾覆力矩，也减小了结构的水平侧移。
加劲伸臂桁架和加劲周边桁架应设在同一楼层，该层常被称为水平加强层，常用作设备层或避难层，其设置位置及间隔的楼层数量，应综合考虑设备层或避难层的设置位置以及以减小结构位移和内力为目标的优化分析结果而定。
2.受力特性
在一般的钢框架-核心筒体系（无刚臂时）中，由于连接外柱与核心筒（支撑）的钢梁跨度大，截面小，抗弯刚度很弱。当整个体系受到水平荷载作用时，外柱基本上不参与整体抗弯，核心筒几乎承担全部的倾覆力矩。而在加劲钢框架-核心筒体系中，整个体系受到水平荷载作用时，由于加劲桁架的竖向抗弯及抗剪刚度均很大，核心筒（支撑）受弯时，各层水平杆绕水平轴作倾斜转动，加劲桁架也随水平杆一起转动，迫使外柱参与整体抗弯。一侧外柱受压，一侧外柱受拉，形成与倾覆力矩方向相反的力矩（如同刚臂处作用一反向弯矩），将抵消一部分由水平荷载产生的倾覆力矩，从而减小了核心筒（支撑）所受的倾覆力矩。
3.体系变形特点
由于加劲桁架的强大竖向刚度和外柱的较大轴向刚度，不仅使整个加劲钢框架-核心筒体系顶面各点发生同一转角而位于同一斜面上，而且使柱顶面转角减小，使该体系整体弯曲所产生的侧移，得以较大幅度的减小（减小幅度一般为20%~30%）。也使该体系可用于建造比一般的钢框架-核心筒体系（无刚臂时）更大高度的高楼。