談雙重抗側力體系高層建筑結構

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關鍵詞：高層建筑；側向位移；雙重抗側力體系

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，帶來了很多設計和施工上的難題，所以，如何高效合理的設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、保證結構的安全穩(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雙重抗側力體系簡介及特點

雙重抗側力結構體系是將結構體系的抗彎性能和抗剪性能結合在一起的一種具有多道抗震防線等優(yōu)點的結構體系，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。雙重抗側力結構主要有框架—剪力墻結構、框架—支撐結構、筒中筒結構、巨型框架—核心筒—伸臂桁架結構等。

1.1框架—剪力墻結構

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

1.2鋼框架—支撐結構

在鋼框架中增設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構。支撐框架的側移變形類似于剪力墻，呈彎曲型。鋼結構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)過合理設計的支撐斜桿增大了框架結構的側向剛度，提高了結構的抗震性能。

1.3桁架筒結構

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

1.4筒中筒結構

將框筒或桁架筒作為外筒，樓梯、電梯間、管道豎井等服務設施放在建筑平面中心形成內(nèi)筒，這就成了筒中筒結構。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—核心筒結構

筒中筒結構的外筒為密柱深梁會影響對外視線，如果把筒中筒結構的外框筒柱距增大，減小梁的高度，便形成了稀柱框架，這樣就形成了框架—核心筒結構。框架—核心筒結構相對于筒中筒結構來説，改善了筒中筒結構外形單調(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置伸臂構件，用來增大結構的側向剛度和抵抗傾覆力矩的能力。伸臂的增加可以減少結構的側移和其所在樓層以下的核心筒各截面彎矩。一般情況下，伸臂構件要對稱設置，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—伸臂桁架結構

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構不能滿足抗震設防的要求，需采用更為經(jīng)濟、剛度更大的結構體系。巨型框架—核心筒—伸臂桁架結構雖然是雙重抗側力體系結構，但它是我國目前抗震設防建筑可以達到最高高度的結構體系。

2高層建筑結構在設計、施工時遇到的問題

2.1設計和施工未能有效聯(lián)系

在建筑設計的過程中，很多設計為了保證工程的質量，有時會偏向之前的設計方法，導致設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構道德標高、層高、梁柱的編號等都是設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)結構的設計要求，最后導致整個建筑結構達不到理想的效果。

2.2建筑結構設計圖紙中的問題

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

2.3結構設計中的研究方法的選用

目前對于高層建筑結構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，所以在結構設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職業(yè)證書才能從事相關工作。

3.2材料方面

在設計一個建筑時，材料的選用也至關重要，材料的特性直接影響了結構的整體性能。同時為了降低強風、地震等對結構的損害，建筑材料應優(yōu)先采用具有強度高、質量輕等特點的材料，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構自身的重量，還能增強結構的抗震性能，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，還應滿足社會發(fā)展趨勢的要求。我國正處于全面建設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、人民生活質量的體現(xiàn)。對于雙重抗側力體系的高層建筑來說，其優(yōu)點不言而喻，但在其設計過程中，設計人員應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計的合理性。施工時也應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.某高層建筑結構設計及優(yōu)化方法研究［J］.居舍，2018（06）：189.

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

［4］王昌盛，徐家云.多高層隔震結構等效簡化模型動力響應分析［J］.工程科學與技術，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