談雙重抗側(cè)力體系高層建筑結(jié)構(gòu)

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關(guān)鍵詞：高層建筑；側(cè)向位移；雙重抗側(cè)力體系

高層建筑的出現(xiàn)和發(fā)展不僅為人類解決了居住上的問題，同時還促進了社會的發(fā)展、經(jīng)濟和科技等方面的進步。建國初期，我國在環(huán)境保護方面意識還不是很強烈，有很多建筑在設(shè)計和建造的過程中考慮的方面還不是很完善，存在著效率低、能耗大、浪費資源等缺點。自從黨的十八大把生態(tài)文明建設(shè)納入中國特色社會主義事業(yè)的總體布局中，我國一直秉持節(jié)約資源、保護環(huán)境的基本國策，建筑業(yè)也積極響應(yīng)國家的政策，在環(huán)境保護方面做了很多努力并有了很大的提高［1］。建筑高度的增加，帶來了很多設(shè)計和施工上的難題，所以，如何高效合理的設(shè)計和施工成為必須要思考并解決的問題。一個建筑不僅要滿足人們使用的需要、保證結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，同時還要綜合考慮材料使用、環(huán)境安全等方方面面。

1雙重抗側(cè)力體系簡介及特點

雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系是將結(jié)構(gòu)體系的抗彎性能和抗剪性能結(jié)合在一起的一種具有多道抗震防線等優(yōu)點的結(jié)構(gòu)體系，通過樓板以及連梁達到共同工作的效果，兩種體系共同抵抗外荷載。雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)主要有框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、框架—支撐結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、巨型框架—核心筒—伸臂桁架結(jié)構(gòu)等。

1.1框架—剪力墻結(jié)構(gòu)

由于梁柱都是線性結(jié)構(gòu)，截面慣性矩小，框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度也會相對較小，所以框架結(jié)構(gòu)不宜用于較高的建筑。為了增大框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，可以在框架結(jié)構(gòu)中適當增加剪力墻，框架和剪力墻共同承擔豎向荷載和水平荷載?？蚣堋袅Y(jié)構(gòu)即具有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、空間大的特點又兼具剪力墻結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度大的優(yōu)點，較廣泛的被應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)中。

1.2鋼框架—支撐結(jié)構(gòu)

在鋼框架中增設(shè)斜向的鋼支撐桿形成支撐框架，由鋼框架和支撐框架共同承受豎向荷載和水平荷載，形成了鋼框架支撐結(jié)構(gòu)。支撐框架的側(cè)移變形類似于剪力墻，呈彎曲型。鋼結(jié)構(gòu)支撐框架類型主要有中心支撐、偏心支撐和屈曲約束支撐等，經(jīng)過合理設(shè)計的支撐斜桿增大了框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能。

1.3桁架筒結(jié)構(gòu)

稀柱、淺梁作為主要抗剪構(gòu)件，支撐斜桿作為抗彎構(gòu)件組成桁架結(jié)構(gòu)與體系布置在建筑物周圍這樣就形成了桁架筒結(jié)構(gòu)。桁架筒結(jié)構(gòu)主要是鋼結(jié)構(gòu)，它具有剛度較大、可以充分的利用建筑材料等優(yōu)點，而且相對于框筒結(jié)構(gòu)來說它適用于更高的建筑。

1.4筒中筒結(jié)構(gòu)

將框筒或桁架筒作為外筒，樓梯、電梯間、管道豎井等服務(wù)設(shè)施放在建筑平面中心形成內(nèi)筒，這就成了筒中筒結(jié)構(gòu)。外框筒平面尺寸大，有利于抵抗水平力帶來的傾覆力矩和扭矩；內(nèi)筒具有較大的抵抗水平剪力的能力，內(nèi)外筒協(xié)同工作共同抵抗豎向荷載和水平力。

1.5框架—核心筒結(jié)構(gòu)

筒中筒結(jié)構(gòu)的外筒為密柱深梁會影響對外視線，如果把筒中筒結(jié)構(gòu)的外框筒柱距增大，減小梁的高度，便形成了稀柱框架，這樣就形成了框架—核心筒結(jié)構(gòu)。框架—核心筒結(jié)構(gòu)相對于筒中筒結(jié)構(gòu)來説，改善了筒中筒結(jié)構(gòu)外形單調(diào)、對外視線差、景觀較差等缺點。如果建筑高度較高時，可以在框架柱和核心筒之間設(shè)置伸臂構(gòu)件，用來增大結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和抵抗傾覆力矩的能力。伸臂的增加可以減少結(jié)構(gòu)的側(cè)移和其所在樓層以下的核心筒各截面彎矩。一般情況下，伸臂構(gòu)件要對稱設(shè)置，與周邊的框架連接時一般采用鉸接或半剛接。

1.6巨型框架—核心筒—伸臂桁架結(jié)構(gòu)

當建筑高度達到500米甚至更高時，巨型框架和巨型空間桁架結(jié)構(gòu)不能滿足抗震設(shè)防的要求，需采用更為經(jīng)濟、剛度更大的結(jié)構(gòu)體系。巨型框架—核心筒—伸臂桁架結(jié)構(gòu)雖然是雙重抗側(cè)力體系結(jié)構(gòu)，但它是我國目前抗震設(shè)防建筑可以達到最高高度的結(jié)構(gòu)體系。

2高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計、施工時遇到的問題

2.1設(shè)計和施工未能有效聯(lián)系

在建筑設(shè)計的過程中，很多設(shè)計為了保證工程的質(zhì)量，有時會偏向之前的設(shè)計方法，導致設(shè)計成果不符合目前工程的要求，圖紙方面也存在不夠完善的問題，比如設(shè)計的前后步驟混亂或者漏掉部分內(nèi)容、參考的圖集不標準以及結(jié)構(gòu)道德標高、層高、梁柱的編號等都是設(shè)計時能夠遇到的問題，這些問題直接導致施工過程中找不到統(tǒng)一的施工標準，還需要現(xiàn)場的技術(shù)操作人員靠經(jīng)驗施工，這就導致圖紙失去了它存在的意義。比如在建筑高層房屋時，沒有在施工前對區(qū)域的地理情況進行考察，也沒有認真查一下有關(guān)資料，工作人員只憑經(jīng)驗來制定施工方案，造成建筑的安全性等出現(xiàn)問題，造成了建筑存在安全隱患。在施工時沒有辦法完全體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求，最后導致整個建筑結(jié)構(gòu)達不到理想的效果。

2.2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙中的問題

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容有地下設(shè)計部分、地上設(shè)計部分以及地上地下連接轉(zhuǎn)換等。在設(shè)計時因為結(jié)構(gòu)類型、外界環(huán)境等影響因素較多，有時會出現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不滿足相應(yīng)規(guī)范的情況，發(fā)生這種現(xiàn)象的主要原因還是設(shè)計人員的專業(yè)能力不夠，對高層建筑的知識掌握不夠抑或是缺乏實際運用的能力，所以在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時設(shè)計人員應(yīng)嚴格遵守國家規(guī)范，按照要求進行設(shè)計。在雙重抗側(cè)力體系中，抗側(cè)力體系之間的連接和協(xié)調(diào)也是設(shè)計中所應(yīng)解決的問題。有一些建筑設(shè)計人員只注重高層建筑的外觀，而忽略了對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學性和合理性。像對于強風和地震，需要從整個結(jié)構(gòu)設(shè)計來考慮做好預防措施。

2.3結(jié)構(gòu)設(shè)計中的研究方法的選用

目前對于高層建筑結(jié)構(gòu)模型分析提出了很多研究方法，比如有限元法［3］、等效模型簡化法［4］和常微分求解器法［5］等。每種方法都有其特殊的優(yōu)點和缺點，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計計算時要針對問題來選擇合適的求解方法，盡量減少其缺點帶來的影響，以求得到最優(yōu)的分析數(shù)據(jù)。

3針對以上問題的應(yīng)對措施

3.1人員方面

每一個崗位的人員在上崗之前都要做好相關(guān)專業(yè)知識和安全技能等方面的培訓，特殊作業(yè)人員要根據(jù)國家規(guī)定，擁有一定的專業(yè)知識和技能并取得相關(guān)職業(yè)證書才能從事相關(guān)工作。

3.2材料方面

在設(shè)計一個建筑時，材料的選用也至關(guān)重要，材料的特性直接影響了結(jié)構(gòu)的整體性能。同時為了降低強風、地震等對結(jié)構(gòu)的損害，建筑材料應(yīng)優(yōu)先采用具有強度高、質(zhì)量輕等特點的材料，還可以選擇使用可再生或者可循環(huán)的綠色產(chǎn)品或者建筑材料。合理的安排利用材料不僅可以有效的減輕結(jié)構(gòu)自身的重量，還能增強結(jié)構(gòu)的抗震性能，避免浪費資源的同時還提升了建筑的穩(wěn)定性。

3.3環(huán)境方面

一個好的建筑不僅在外形、使用功能上滿足要求，還應(yīng)滿足社會發(fā)展趨勢的要求。我國正處于全面建設(shè)小康社會的決定性階段，隨著環(huán)境和資源的約束不斷提高，建筑業(yè)應(yīng)秉持綠色發(fā)展理念，提倡低碳制造、綠色施工，來降低建筑帶來的環(huán)境污染和資源浪費。4結(jié)語高層建筑的發(fā)展其實也是一個城市甚至是一個國家經(jīng)濟發(fā)展水平、人民生活質(zhì)量的體現(xiàn)。對于雙重抗側(cè)力體系的高層建筑來說，其優(yōu)點不言而喻，但在其設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)在著重注意自己的知識儲備運用和現(xiàn)場勘查等方面來保證工程設(shè)計的合理性。施工時也應(yīng)注意施工方法的運用和環(huán)境的保護措施。

參考文獻

［1］周勇.踐行生態(tài)文明理念推進建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展［N］.人民政協(xié)報，2019-05-23（005）.

［2］張永偉.某高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化方法研究［J］.居舍，2018（06）：189.

［3］王海軍.鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用經(jīng)濟性能對比［J］.混凝土，2018（05）：123-126，132.

［4］王昌盛，徐家云.多高層隔震結(jié)構(gòu)等效簡化模型動力響應(yīng)分析［J］.工程科學與技術(shù)，2018，50（06）：15-22.

［5］張瀅.高層建筑自由振動近似計算［J］.四川建材，2011，37（02）：16-17.

作者：田恩璽 單位：河北工程大學土木工程學院