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,它的機理是提高水平荷載作用下的外框架柱的軸力,從而增加框架承擔(dān)的傾覆力矩,同時減小了內(nèi)核心筒的傾覆力矩。它對結(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,一般情況下也會減小外框架的剪力分擔(dān)比。對于框架核心筒結(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)周圍設(shè)置腰桁架的作用作用是使各框架柱承受的軸力均勻變化,因此也可以達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;由于腰桁架可以減小框筒結(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)可以根據(jù)具體情況,僅設(shè)置一種或者同時設(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)稱為加強層。
設(shè)置加強層后,造成結(jié)構(gòu)沿高度方向剛度不均勻,剛度突變帶來內(nèi)力突變,因此在加強層及上下相鄰層構(gòu)件的內(nèi)力會出現(xiàn)較大的改變,設(shè)置是方向性的改變,加強層的剛度越大,內(nèi)力突變的程度也越大,這種突變會產(chǎn)生薄弱層效應(yīng)。
因此,在結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計中,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層,以形成較大的抗側(cè)剛度。
而在抗震設(shè)計的結(jié)構(gòu)中,應(yīng)盡可能的減小出現(xiàn)薄弱層形成的不利效應(yīng),因此可以不設(shè)置加強層時,就不必設(shè)置加強層,需要設(shè)置加強層時,也不宜采用剛度過大的伸臂和腰桁架,以避免加強層范圍出現(xiàn)過大的剛度突變。
沿高度可以布置一個樓層(一道)或多個樓層(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,減小側(cè)移的效果就不再明顯。
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,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,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)計中,伸臂桁架設(shè)置位置需要做敏感性分析,以研究其最有效和最適合具體結(jié)構(gòu)的位置。