伸臂桁架、腰桁架，超高层钢结构设计要点

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【伸臂桁架、腰桁架，超高层钢结构设计要点】在外框柱与核心筒之间设置伸臂桁架的主要目的是减小结构侧移，它的机理是提高水平荷载作用下的外框架柱的轴力，从而增加框架承担的倾覆力矩，同时减小了内核心筒的倾覆力矩。它对结构形成的反弯作用可以有效的增大结构的抗侧刚度，减小结构侧移动，一般情况下也会减小外框架的剪力分担比。对于框架核心筒结构，设置伸臂桁架后减小侧移显著，而对于筒中筒结构而言，减小侧移的效果很小。

在结构周围设置腰桁架的作用作用是使各框架柱承受的轴力均匀变化，因此也可以达到提高外框架抗倾覆力矩的能力以及减小侧移的目的，但是不如伸臂有效。在框架核心筒结构中，视外框柱的数量和布置方式，可以设置腰桁架，也可以不设置；由于腰桁架可以减小框筒结构的剪力滞后，因而在筒中筒结构中，腰桁架可以加大结构的整体刚度并减小其侧移。
结构可以根据具体情况，仅设置一种或者同时设置以上两种构件，设置了伸臂桁架、腰桁架的楼层可统称为加强层。

设置加强层后，造成结构沿高度方向刚度不均匀，刚度突变带来内力突变，因此在加强层及上下相邻层构件的内力会出现较大的改变，设置是方向性的改变，加强层的刚度越大，内力突变的程度也越大，这种突变会产生薄弱层效应。
因此，在结构抗风设计中，采用伸臂桁架、腰桁架的效果很好，它可以采用刚度大的加强层，以形成较大的抗侧刚度。
而在抗震设计的结构中，应尽可能的减小出现薄弱层形成的不利效应，因此可以不设置加强层时，就不必设置加强层，需要设置加强层时，也不宜采用刚度过大的伸臂和腰桁架，以避免加强层范围出现过大的刚度突变。
沿高度可以布置一个楼层（一道）或多个楼层（多道）的伸臂桁架和腰桁架。研究表明，多道伸臂桁架减小侧移的效果优于一道伸臂桁架，但是伸臂结构数量与减小侧移并不成正比，当设置四道以上的伸臂桁架时，减小侧移的效果就不再明显。

伸臂设置的位置不同，其减小侧移的效果也不相同，研究表明，当沿高度仅设置一道伸臂桁架时，可以设置在结构的2/3H处减小侧移效果最好，而要减小内筒倾覆弯矩则越靠下越好；设置两道伸臂桁架时，其中一道可设置在0.7H高度处，另一道大约设置在0.5H处。一般的高层结构设计中，伸臂桁架设置位置需要做敏感性分析，以研究其最有效和最适合具体结构的位置。

筒中筒结构中腰桁架的设置则要视减小剪力滞后的效果而定。
由于具体结构的类型和建筑布置的不同，结构的加强层一般宜与高层建筑的设备层和避难层统一，但是应强调建筑机电和结构的合作优化，包括加强层的位置，数量等。

从具体的技术层面上讲，伸臂桁架和腰桁架的刚度不宜太大，如果采用整层楼高的钢筋混凝土实腹大梁，不仅刚度突变过大，而且与它相连的上下层框架柱将非常不利，这些柱子容易出现塑性铰及裂缝，甚至破坏，呈“强梁弱柱”的不利抗震概念。因此，伸臂桁架、腰桁架均宜采用桁架结构，其中钢结构施工方便，优于钢骨混凝土桁架。

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