剛性加強(qiáng)層在超限高層建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究

梁桂媚

【摘要】高層建筑物在我國建筑行業(yè)中的數(shù)量越來越多，為了增強(qiáng)高層建筑獲得良好的抵抗水平荷載，則要在側(cè)面施工時(shí)增強(qiáng)剛度，滿足城市用地緊張的局面，繼而符合城市化發(fā)展的需要。帶剛性加強(qiáng)的超高層建筑物在建設(shè)的過程中，需要綜合分析剛度的問題。本文就剛性加強(qiáng)層在超限高層建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用策略進(jìn)行研究和分析。

【關(guān)鍵詞】剛性加強(qiáng)層;超限高建筑結(jié)構(gòu);應(yīng)用策略

隨著城市用地的緊張加劇，城市的高層建筑物越來越多，而且也成為了一個(gè)城市的地標(biāo)建筑物，顯示著城市的現(xiàn)代化水平。高層建筑的高度在增加的情況下，也容易導(dǎo)致地面的水平荷載壓力不斷增大，為此需要建筑施工單位加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析和研究，做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作，確保高層建筑的安全性和穩(wěn)定性。為了滿足高層建筑物抗側(cè)力剛度的要求，要建設(shè)建筑避難層、設(shè)備層，通過優(yōu)化高層建筑物的設(shè)計(jì)狀況，以此來前面的推動(dòng)剛性加強(qiáng)層剛性建筑物滿足實(shí)際建筑的要求。

1、剛性加強(qiáng)層的基本概念和工作原理

當(dāng)前在我國的超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于超高層建筑的結(jié)構(gòu)高度比較大，為此如果高度和寬度在比較大或者抗側(cè)剛度不足的時(shí)候，需要在建筑的結(jié)構(gòu)層中設(shè)置了剛性加強(qiáng)層。剛性加強(qiáng)層的結(jié)構(gòu)形式主要是整棟建筑物中比較復(fù)雜的部分，而且存在施工難度大的特征，為此要優(yōu)化鋼骨構(gòu)建、鋼筋和模板結(jié)構(gòu)，以此來促進(jìn)工藝流程的優(yōu)化，增強(qiáng)建筑施工的科學(xué)性和合理性，減少返工現(xiàn)象的出現(xiàn)，同時(shí)也能夠促進(jìn)工期的有效節(jié)約，增強(qiáng)建筑工程的造價(jià)。

在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，如果結(jié)構(gòu)抗測力的剛度不夠，那么需要綜合運(yùn)用建筑的設(shè)備層或者避難層，設(shè)置加強(qiáng)層的結(jié)構(gòu)，繼而全面增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)體系的抗側(cè)力剛度，這種對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗測力抗力剛度控制的方法就是剛性加強(qiáng)層。在實(shí)際的風(fēng)控設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，通過設(shè)置剛性加強(qiáng)層，能夠避免建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不正常的水平位移問題。設(shè)置剛性加強(qiáng)層也容易使建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)抗側(cè)力剛度產(chǎn)生變化，在地震的影響下，建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力層也容易產(chǎn)生變化，通過強(qiáng)化建筑結(jié)構(gòu)抗測力的剛度，則能夠減少建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)剛度突變的問題。

剛性加強(qiáng)層的工作原理是選擇適合的建筑結(jié)構(gòu)體系類型，避免建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)薄弱層的問題，同時(shí)要強(qiáng)化建筑結(jié)構(gòu)的基本類型和工作原理，結(jié)合實(shí)體梁、延性加強(qiáng)的方式來控制剪力墻。同時(shí)還要強(qiáng)化構(gòu)建的工作原理，在墻壁的豎縫中結(jié)合柔性填充材料進(jìn)行封堵。

2、剛性加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特征

2.1剛性加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)要同剛度相匹配

設(shè)計(jì)剛性加強(qiáng)結(jié)構(gòu)層時(shí)，應(yīng)確保框架柱、剛臂、筒體、框架柱的匹配度滿足實(shí)際的需要，要使得剛臂的線剛度小于筒體的線剛度，若剛臂與線剛度之間的比例在10%～30%之內(nèi)，那么當(dāng)加強(qiáng)剛臂自身的剛度時(shí)，高層建筑物整體的結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度也會(huì)因此而變好。如果剛臂與筒體之間的比例比10%要低時(shí)，那么產(chǎn)生的作用比較微弱。如果剛臂和筒體之間的線剛度比30%要大，那么整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度增加值也會(huì)相應(yīng)增加。剛臂與線剛度的比例對(duì)增強(qiáng)剛性結(jié)構(gòu)具有一定的影響。

2.2剛性加強(qiáng)層的合適位置以及數(shù)量

在剛性加強(qiáng)層數(shù)量不斷增多的情況下，高層建筑物的整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度也會(huì)因此而增加，但是如果剛性加強(qiáng)層的數(shù)量大于6，那么依照實(shí)際的情況應(yīng)設(shè)置消防避難層，通常情況下，間隔15分鐘左右就要設(shè)計(jì)消防避難層。如果設(shè)計(jì)100層左右的超限高層，那么高層建筑物的剛性加強(qiáng)層數(shù)量則會(huì)設(shè)置在4個(gè)左右。在對(duì)剛性加強(qiáng)層進(jìn)行布置時(shí)，通常在分析有關(guān)建筑物的高度來布置剛性加強(qiáng)層。從實(shí)踐層面來看，若剛性加強(qiáng)層的位置位于中部偏上的0.6H時(shí)，如果再將第二個(gè)剛性加強(qiáng)層加入到其中，那么剛性加強(qiáng)層的位置大約會(huì)位于中部的0.5H左右。

2.3帶剛性加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)

將剛性加強(qiáng)層引入到建筑結(jié)構(gòu)中，會(huì)導(dǎo)致原有的建筑剛度從豎向?qū)用姹憩F(xiàn)出較為突出的變化，如果上帶剛性加強(qiáng)層在地震響應(yīng)時(shí)顯得非常復(fù)雜，因此在剛性加強(qiáng)層設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際的情況來設(shè)置地震載荷動(dòng)力，以此來加強(qiáng)帶剛性加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)對(duì)地震發(fā)生時(shí)的響應(yīng)。

在風(fēng)力荷載的作用下，設(shè)計(jì)剛性加強(qiáng)層能夠有效降低結(jié)構(gòu)的水平位移，但是在地震的影響下，設(shè)計(jì)剛性加強(qiáng)層則容易導(dǎo)致高層建筑物結(jié)構(gòu)的剛度和內(nèi)力發(fā)生突變，由此而使得建筑物形成薄弱的層，導(dǎo)致地震區(qū)域存在帶剛性加強(qiáng)層的框架。根據(jù)地震區(qū)帶剛性加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)特征，以此來推動(dòng)區(qū)域加強(qiáng)層的合理布置，及時(shí)的結(jié)合有效的抗震措施，繼而發(fā)揮加強(qiáng)層的作用。

3、帶剛性加強(qiáng)層抗震設(shè)計(jì)的核心

由于地震作用，加強(qiáng)層的出現(xiàn)會(huì)使原結(jié)構(gòu)在豎向上層建筑中出現(xiàn)側(cè)移剛度突變，繼而容易引起外框柱和心筒剪力墻樓層剪力的急劇變化，如果超高樓層建筑在地震作用下沒有采取相應(yīng)的抗震加固措施，一旦地震發(fā)生，建筑結(jié)構(gòu)薄弱層將發(fā)生嚴(yán)重破壞，使建筑物整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)倒塌問題，為此需要加強(qiáng)剛性加固層的抗震設(shè)計(jì)。

3.1加強(qiáng)層框架同核心筒結(jié)合的結(jié)構(gòu)

在地震的影響下，設(shè)置剛性加強(qiáng)層會(huì)導(dǎo)致剛度結(jié)構(gòu)以及內(nèi)力產(chǎn)生變化，由此而產(chǎn)生薄弱層。如果地震區(qū)需要框架、核心筒結(jié)合的方式，繼而增強(qiáng)抗震防護(hù)的能力，確保建造出的剛性加強(qiáng)層來增強(qiáng)對(duì)區(qū)域的設(shè)置和設(shè)計(jì)，繼而發(fā)揮剛性加強(qiáng)層的效用。

3.2引入“合適剛度”的設(shè)計(jì)概念

在地震區(qū)域設(shè)計(jì)帶剛性的加強(qiáng)層框架筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要將“合適剛度”的設(shè)計(jì)理念引入到其中，很多人在設(shè)計(jì)的過程中認(rèn)為剛性結(jié)構(gòu)會(huì)受到地震的影響，使得剛性加強(qiáng)層的伸臂滿足屈服的狀態(tài)，由此而達(dá)到抗震設(shè)計(jì)的需要，繼而能夠讓剛性加強(qiáng)層滿足了最低限度以及規(guī)范位移的要求，繼而對(duì)整體結(jié)構(gòu)的抗震延性得到一定程度的提升，這樣也能夠幫助企業(yè)獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3改善其他建筑結(jié)構(gòu)

帶剛性加強(qiáng)層的框架筒體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，需要控制好加強(qiáng)層的“合適剛度”，對(duì)上下層等效剛度的比進(jìn)行限制，確保關(guān)鍵的薄弱部位結(jié)合有效的加強(qiáng)方法，推動(dòng)建筑結(jié)構(gòu)抗震延性的有效增強(qiáng)，提高建筑物的穩(wěn)定性和抗震能力。將“帶剛性加強(qiáng)層”理念引入到建筑設(shè)計(jì)中來，要分析“合適剛度”的概念，需要對(duì)比限制加強(qiáng)上下層的剛度，繼而在外框柱、剛臂梁等其他有關(guān)部位設(shè)計(jì)加強(qiáng)的措施，繼而促進(jìn)抗震延性得到一定程度的改善。

結(jié)語：

城市化進(jìn)程的加快，使得城市面臨著用地緊張的局面，為了有效的緩解人地矛盾問題，很多城市選擇了超高層的建筑。當(dāng)前城市化水平提高的標(biāo)志包含了高層建筑物的數(shù)量，很多城市修建高層建筑物，為了展現(xiàn)城市的良好風(fēng)貌。剛性加強(qiáng)層應(yīng)用在高層建筑物中，則能夠增強(qiáng)高層建筑物的受力，應(yīng)對(duì)外部環(huán)境因素對(duì)高層建筑物帶來的影響。應(yīng)用剛性加強(qiáng)層是現(xiàn)代建筑物建筑質(zhì)量和抗震能力增強(qiáng)的表現(xiàn)，建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)單位應(yīng)做好前期的規(guī)劃管理，確保高層建筑物設(shè)計(jì)符合實(shí)際要求，滿足城市化發(fā)展的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫立冬.剛性加強(qiáng)層設(shè)置對(duì)超高層建筑結(jié)構(gòu)受力性能影響[J].中外建筑，2009，（5）：198-200.

[2]梅占馨，馮仲齊.高層與超高層框架-芯筒結(jié)構(gòu)中剛性加強(qiáng)層的布置對(duì)側(cè)移控制作用的研究[J].應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào)，1997，014（004）：138-141.