伸臂桁架和環(huán)形腰桁架在超高層建筑的應(yīng)用

陳國有

伸臂桁架作為傳遞軸力給外框柱的關(guān)鍵構(gòu)件，其剛度、承載力和穩(wěn)定性等性能指標(biāo)應(yīng)得到有效保證和滿足。當(dāng)伸臂桁架斜腹桿采用普通鋼支撐時(shí)，為保證支撐面內(nèi)、面外穩(wěn)定，支撐截面往往較大，相對剛度也大。改用防屈曲支撐作為伸臂桁架斜腹桿，不存在支撐拉壓失穩(wěn)問題，支撐截面和剛度指標(biāo)易控制，從而形成“有限剛度”的加強(qiáng)層，能有效減小結(jié)構(gòu)剛度和內(nèi)力的突變，使其在罕遇地震作用下呈現(xiàn)延性屈服機(jī)制。

1 工程概況

本項(xiàng)目建業(yè)中心位于河南省鄭州市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，位于航海體育場以南，東臨朝鳳路，南臨果園南路，東北側(cè)毗鄰其他發(fā)展項(xiàng)目，西側(cè)為遺址公園。由一棟辦公塔樓，一棟酒店，一棟獨(dú)棟辦公樓組成。基地總面積約為3.2 萬平方米。地上建筑面積約為13 萬平方米，地下建筑面積約為10 萬平方米。辦公樓主體高度249.9m,采用鋼筋混凝土稀柱框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)體系，柱為型鋼混凝土柱，梁為鋼梁。辦公塔樓面積尺寸約為54.8mx42.4m，建筑的高寬比約為5.74。結(jié)構(gòu)由周邊框架形成外框筒，利用建筑的服務(wù)區(qū)域，圍繞客梯，貨梯，樓梯及設(shè)備用房設(shè)置周邊剪力墻組成內(nèi)筒，形成框架-筒體結(jié)構(gòu)。為增強(qiáng)承載力和延性，周邊框架柱采用型鋼混凝土。結(jié)構(gòu)于三層～六層設(shè)置型鋼混凝土轉(zhuǎn)換桁架，結(jié)構(gòu)于二十六層～二十七層，四十四層～四十五層設(shè)置周邊環(huán)形腰桁架，結(jié)構(gòu)于二十六層～二十七層設(shè)置伸臂桁架。

基于建筑與結(jié)構(gòu)相結(jié)合的考慮，采用鋼筋混凝土稀柱框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)體系，體系中框架和核心筒同時(shí)提供承重和抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)功能，但彼此的作用有所區(qū)別。框架主要是核心筒外建筑空間的支撐，是抗震的二道防線；混凝土結(jié)構(gòu)核心筒除了承受豎向荷載外，其主要功能是為結(jié)構(gòu)提供了強(qiáng)大的抗側(cè)力能力。

(1)核心筒

鋼筋混凝土核心筒是結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。采用鋼筋混凝土墻，可以很好的增加核心筒的延性、剛度和阻尼，從而增加整體結(jié)構(gòu)的剛度。提高核心筒的抗側(cè)能力。核心筒除了作為主要抗側(cè)力構(gòu)件外，也同時(shí)承擔(dān)著作為豎向荷載的重要支撐系統(tǒng)，因此對結(jié)構(gòu)豎向穩(wěn)定性也發(fā)揮著重要的作用。

(2)型鋼混凝土柱+鋼梁

外框柱均采用型鋼混凝土柱，有利于提高外框架的承載能力和延性。作為超高層建筑，除了能有效提高外框架的延性外，還有效的減少了柱截面尺寸，充分發(fā)揮材料的性能。

2 鋼結(jié)構(gòu)伸臂桁架施工技術(shù)概述

伸臂是指剛度很大的，連接內(nèi)筒和外柱的實(shí)腹梁或桁架，通常是沿高度選擇一至幾層布置伸臂構(gòu)件，主要應(yīng)用在高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)中，更是為了使得外框架柱的軸力大大增加，從而使得外框架的抗傾覆力矩得以增大，并且使得結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度增大，減小側(cè)移所設(shè)置的，其是鋼結(jié)構(gòu)的重要組成形式。鋼結(jié)構(gòu)伸臂桁架施工技術(shù)，通過字面上的意思就可以看出，其主要的材料是鋼材，在結(jié)構(gòu)當(dāng)中主要是由鋼板、型鋼等制成的鋼柱、鋼梁以及鋼桁架等一系列構(gòu)件所組成，在各個(gè)構(gòu)件或者是部件之間大多數(shù)時(shí)候都采用的是螺栓、焊縫以及鉚釘進(jìn)行連接的方式。在鋼結(jié)構(gòu)伸臂桁架施工技術(shù)當(dāng)中，改變了以往鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)中不穩(wěn)固的質(zhì)量問題，承擔(dān)各類荷載引起的內(nèi)力，并能有效控制結(jié)構(gòu)的水平力，減少由于各種力影響的變形現(xiàn)象，不僅提高了超高層建筑的堅(jiān)固性能與安全防護(hù)能力，還實(shí)現(xiàn)了生態(tài)環(huán)境保護(hù)的綠色理念，在一定程度上使得建筑工程的工期得以縮短，其中的施工材料還能夠?qū)⑵溥M(jìn)行回收再次利用，使得資源的浪費(fèi)情況大大降低，從而提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，對于促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

3 鋼結(jié)構(gòu)伸臂桁架施工技術(shù)在超高層建筑中的應(yīng)用

3.1 在技術(shù)層面控制施工技術(shù)的有效措施

3.1.1 前期準(zhǔn)備要充分

鋼結(jié)構(gòu)伸臂桁架施工技術(shù)在超高層建筑施工中，必須有充分的前期準(zhǔn)備，才能夠保證后續(xù)工作的順利開展。首先，要優(yōu)化并分析施工技術(shù)，根據(jù)建筑的實(shí)際情況，制定整體的伸臂桁架施工方案，并明確安裝細(xì)則，規(guī)范安裝流程，使其在安裝過程中更加簡化與合理；其次，要科學(xué)地預(yù)埋，這是施工技術(shù)中主要的過程，直接影響后續(xù)施工質(zhì)量，在預(yù)埋過程中，要充分考慮剪力墻自身的剛度，并做到鋼筋的牢固綁扎與支模，將混凝土強(qiáng)度控制在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，通過加強(qiáng)的焊接技術(shù)連接各個(gè)節(jié)點(diǎn)，全面控制預(yù)埋質(zhì)量；第三，檢查原材料，根據(jù)實(shí)際施工要求進(jìn)行材料的選取，并做好實(shí)地檢查工作，核實(shí)施工圖紙，根據(jù)要求對實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)地調(diào)研設(shè)計(jì)圖紙，并對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行嚴(yán)格的考察與審核，爾后才能夠投入使用。

3.1.2 預(yù)拼裝要科學(xué)合理

預(yù)拼裝的作用是對伸臂桁架結(jié)構(gòu)的加工質(zhì)量進(jìn)行檢查，判斷是否滿足實(shí)地施工實(shí)際需要，因此，預(yù)拼裝質(zhì)量控制至關(guān)重要。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)和加工過程中，應(yīng)該盡量滿足一次吊裝完成，盡量避免在安裝施工過程中出現(xiàn)較大偏差，嚴(yán)格控制伸臂桁架所有的弦桿、腹桿和節(jié)點(diǎn)的接口拼裝施工質(zhì)量，保證鉆孔位置的準(zhǔn)確性。

3.1.3 安裝程序要規(guī)范

在對伸臂桁架進(jìn)行安裝時(shí)，應(yīng)注意對各種構(gòu)件的尺寸以及質(zhì)量進(jìn)行實(shí)地檢測，以確保安裝質(zhì)量；采用動(dòng)臂塔吊吊裝桁架，安裝后要做好鋼桿校正與高強(qiáng)螺栓固定工作，同時(shí)，要求相關(guān)技術(shù)人員對技術(shù)進(jìn)行掌握，并且也應(yīng)當(dāng)具備一定的安全意識，從而使得施工效率得到保證；在對焊接技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用的過程中，應(yīng)當(dāng)提前將所需要的工具配齊，從而使得施工速率得到提高，要求技術(shù)人員在專業(yè)技能方面應(yīng)當(dāng)具有較高水平并且施工經(jīng)驗(yàn)豐富。

3.2 在管理方面控制施工技術(shù)質(zhì)量的應(yīng)對策略

3.2.1 建立健全科學(xué)合理的監(jiān)督機(jī)制

施工企業(yè)應(yīng)當(dāng)與實(shí)際情況相結(jié)合，建立科學(xué)合理的監(jiān)督機(jī)制，強(qiáng)化施工人員的安全責(zé)任意識，與此同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守管理規(guī)章制度，從而為監(jiān)督管理工作奠定基礎(chǔ)。在實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)伸臂桁架施工技術(shù)施工中，要對鋼材的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的把控，嚴(yán)禁為了降低施工成本而選擇質(zhì)量低劣的材料。

3.2.2 加強(qiáng)施工人員的培訓(xùn)與管理

施工企業(yè)應(yīng)當(dāng)對技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，使得技術(shù)人員的職業(yè)素質(zhì)與專業(yè)技能得到提升，從而為現(xiàn)場施工奠定基礎(chǔ)。對于施工企業(yè)而言，應(yīng)當(dāng)重視對施工人員的管理，定期對施工人員進(jìn)行安全培訓(xùn)，并向施工人員就相關(guān)的施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行講解，保證施工能夠按照相關(guān)的技術(shù)要求來進(jìn)行。

4 結(jié)語

在城市迅速發(fā)展的當(dāng)下，超高層建筑成為城市建設(shè)的主流趨勢。在超高層建筑建設(shè)過程中，質(zhì)量是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)伸臂桁架施工技術(shù)有效地保障了超高層建筑工程的質(zhì)量，提升了建筑的穩(wěn)定性與安全性，提高了工程施工效率，有效地降低了建筑企業(yè)的施工成本和施工難度，促使超高層建筑的社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益相統(tǒng)一。