剛性加強層在超限高層建筑結構中的應用研究

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，為了增強高層建筑獲得良好的抵抗水平荷載，則要在側面施工時增強剛度，滿足城市用地緊張的局面，繼而符合城市化發(fā)展的需要。帶剛性加強的超高層建筑物在建設的過程中，需要綜合分析剛度的問題。本文就剛性加強層在超限高層建筑結構中的應用策略進行研究和分析。

【關鍵詞】剛性加強層;超限高建筑結構;應用策略

隨著城市用地的緊張加劇，城市的高層建筑物越來越多，而且也成為了一個城市的地標建筑物，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對地質結構的分析和研究，做好結構設計的工作，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力剛度的要求，要建設建筑避難層、設備層，通過優(yōu)化高層建筑物的設計狀況，以此來前面的推動剛性加強層剛性建筑物滿足實際建筑的要求。

1、剛性加強層的基本概念和工作原理

當前在我國的超高層建筑結構設計中，由于超高層建筑的結構高度比較大，為此如果高度和寬度在比較大或者抗側剛度不足的時候，需要在建筑的結構層中設置了剛性加強層。剛性加強層的結構形式主要是整棟建筑物中比較復雜的部分，而且存在施工難度大的特征，為此要優(yōu)化鋼骨構建、鋼筋和模板結構，以此來促進工藝流程的優(yōu)化，增強建筑施工的科學性和合理性，減少返工現(xiàn)象的出現(xiàn)，同時也能夠促進工期的有效節(jié)約，增強建筑工程的造價。

在設計高層建筑結構時，如果結構抗測力的剛度不夠，那么需要綜合運用建筑的設備層或者避難層，設置加強層的結構，繼而全面增強建筑結構體系的抗側力剛度，這種對建筑結構抗測力抗力剛度控制的方法就是剛性加強層。在實際的風控設計環(huán)節(jié)，通過設置剛性加強層，能夠避免建筑結構出現(xiàn)不正常的水平位移問題。設置剛性加強層也容易使建筑結構出現(xiàn)抗側力剛度產(chǎn)生變化，在地震的影響下，建筑結構的內力層也容易產(chǎn)生變化，通過強化建筑結構抗測力的剛度，則能夠減少建筑結構出現(xiàn)剛度突變的問題。

剛性加強層的工作原理是選擇適合的建筑結構體系類型，避免建筑結構出現(xiàn)薄弱層的問題，同時要強化建筑結構的基本類型和工作原理，結合實體梁、延性加強的方式來控制剪力墻。同時還要強化構建的工作原理，在墻壁的豎縫中結合柔性填充材料進行封堵。

2、剛性加強層結構設計的特征

2.1剛性加強層結構要同剛度相匹配

設計剛性加強結構層時，應確保框架柱、剛臂、筒體、框架柱的匹配度滿足實際的需要，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，那么當加強剛臂自身的剛度時，高層建筑物整體的結構抗側剛度也會因此而變好。如果剛臂與筒體之間的比例比10%要低時，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，那么整體結構的抗側剛度增加值也會相應增加。剛臂與線剛度的比例對增強剛性結構具有一定的影響。

2.2剛性加強層的合適位置以及數(shù)量

在剛性加強層數(shù)量不斷增多的情況下，高層建筑物的整體結構的抗側剛度也會因此而增加，但是如果剛性加強層的數(shù)量大于6，那么依照實際的情況應設置消防避難層，通常情況下，間隔15分鐘左右就要設計消防避難層。如果設計100層左右的超限高層，那么高層建筑物的剛性加強層數(shù)量則會設置在4個左右。在對剛性加強層進行布置時，通常在分析有關建筑物的高度來布置剛性加強層。從實踐層面來看，若剛性加強層的位置位于中部偏上的0.6H時，如果再將第二個剛性加強層加入到其中，那么剛性加強層的位置大約會位于中部的0.5H左右。

2.3帶剛性加強層結構的地震響應

將剛性加強層引入到建筑結構中，會導致原有的建筑剛度從豎向層面表現(xiàn)出較為突出的變化，如果上帶剛性加強層在地震響應時顯得非常復雜，因此在剛性加強層設計時應根據(jù)實際的情況來設置地震載荷動力，以此來加強帶剛性加強層結構對地震發(fā)生時的響應。

在風力荷載的作用下，設計剛性加強層能夠有效降低結構的水平位移，但是在地震的影響下，設計剛性加強層則容易導致高層建筑物結構的剛度和內力發(fā)生突變，由此而使得建筑物形成薄弱的層，導致地震區(qū)域存在帶剛性加強層的框架。根據(jù)地震區(qū)帶剛性加強層結構的動力響應特征，以此來推動區(qū)域加強層的合理布置，及時的結合有效的抗震措施，繼而發(fā)揮加強層的作用。

3、帶剛性加強層抗震設計的核心

由于地震作用，加強層的出現(xiàn)會使原結構在豎向上層建筑中出現(xiàn)側移剛度突變，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的抗震加固措施，一旦地震發(fā)生，建筑結構薄弱層將發(fā)生嚴重破壞，使建筑物整體結構出現(xiàn)倒塌問題，為此需要加強剛性加固層的抗震設計。

3.1加強層框架同核心筒結合的結構

在地震的影響下，設置剛性加強層會導致剛度結構以及內力產(chǎn)生變化，由此而產(chǎn)生薄弱層。如果地震區(qū)需要框架、核心筒結合的方式，繼而增強抗震防護的能力，確保建造出的剛性加強層來增強對區(qū)域的設置和設計，繼而發(fā)揮剛性加強層的效用。

3.2引入“合適剛度”的設計概念

在地震區(qū)域設計帶剛性的加強層框架筒體結構設計，需要將“合適剛度”的設計理念引入到其中，很多人在設計的過程中認為剛性結構會受到地震的影響，使得剛性加強層的伸臂滿足屈服的狀態(tài)，由此而達到抗震設計的需要，繼而能夠讓剛性加強層滿足了最低限度以及規(guī)范位移的要求，繼而對整體結構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)濟效益。

3.3改善其他建筑結構

帶剛性加強層的框架筒體結構抗震設計中，需要控制好加強層的“合適剛度”，對上下層等效剛度的比進行限制，確保關鍵的薄弱部位結合有效的加強方法，推動建筑結構抗震延性的有效增強，提高建筑物的穩(wěn)定性和抗震能力。將“帶剛性加強層”理念引入到建筑設計中來，要分析“合適剛度”的概念，需要對比限制加強上下層的剛度，繼而在外框柱、剛臂梁等其他有關部位設計加強的措施，繼而促進抗震延性得到一定程度的改善。

結語：

城市化進程的加快，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。當前城市化水平提高的標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)城市的良好風貌。剛性加強層應用在高層建筑物中，則能夠增強高層建筑物的受力，應對外部環(huán)境因素對高層建筑物帶來的影響。應用剛性加強層是現(xiàn)代建筑物建筑質量和抗震能力增強的表現(xiàn)，建筑規(guī)劃設計單位應做好前期的規(guī)劃管理，確保高層建筑物設計符合實際要求，滿足城市化發(fā)展的需求。

參考文獻：

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