谈双重抗侧力体系高层建筑结构

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关键词：高层建筑；侧向位移；双重抗侧力体系

高层建筑的出现和发展不仅为人类解决了居住上的问题，同时还促进了社会的发展、经济和科技等方面的进步。建国初期，我国在环境保护方面意识还不是很强烈，有很多建筑在设计和建造的过程中考虑的方面还不是很完善，存在着效率低、能耗大、浪费资源等缺点。自从党的十八大把生态文明建设纳入中国特色社会主义事业的总体布局中，我国一直秉持节约资源、保护环境的基本国策，建筑业也积极响应国家的政策，在环境保护方面做了很多努力并有了很大的提高［1］。建筑高度的增加，带来了很多设计和施工上的难题，所以，如何高效合理的设计和施工成为必须要思考并解决的问题。一个建筑不仅要满足人们使用的需要、保证结构的安全稳定，同时还要综合考虑材料使用、环境安全等方方面面。

1双重抗侧力体系简介及特点

双重抗侧力结构体系是将结构体系的抗弯性能和抗剪性能结合在一起的一种具有多道抗震防线等优点的结构体系，通过楼板以及连梁达到共同工作的效果，两种体系共同抵抗外荷载。双重抗侧力结构主要有框架—剪力墙结构、框架—支撑结构、筒中筒结构、巨型框架—核心筒—伸臂桁架结构等。

1.1框架—剪力墙结构

由于梁柱都是线性结构，截面惯性矩小，框架结构的侧向刚度也会相对较小，所以框架结构不宜用于较高的建筑。为了增大框架结构的侧向刚度，可以在框架结构中适当增加剪力墙，框架和剪力墙共同承担竖向荷载和水平荷载。框架—剪力墙结构即具有框架结构布置灵活、空间大的特点又兼具剪力墙结构侧向刚度大的优点，较广泛的被应用于高层建筑结构中。

1.2钢框架—支撑结构

在钢框架中增设斜向的钢支撑杆形成支撑框架，由钢框架和支撑框架共同承受竖向荷载和水平荷载，形成了钢框架支撑结构。支撑框架的侧移变形类似于剪力墙，呈弯曲型。钢结构支撑框架类型主要有中心支撑、偏心支撑和屈曲约束支撑等，经过合理设计的支撑斜杆增大了框架结构的侧向刚度，提高了结构的抗震性能。

1.3桁架筒结构

稀柱、浅梁作为主要抗剪构件，支撑斜杆作为抗弯构件组成桁架结构与体系布置在建筑物周围这样就形成了桁架筒结构。桁架筒结构主要是钢结构，它具有刚度较大、可以充分的利用建筑材料等优点，而且相对于框筒结构来说它适用于更高的建筑。

1.4筒中筒结构

将框筒或桁架筒作为外筒，楼梯、电梯间、管道竖井等服务设施放在建筑平面中心形成内筒，这就成了筒中筒结构。外框筒平面尺寸大，有利于抵抗水平力带来的倾覆力矩和扭矩；内筒具有较大的抵抗水平剪力的能力，内外筒协同工作共同抵抗竖向荷载和水平力。

1.5框架—核心筒结构

筒中筒结构的外筒为密柱深梁会影响对外视线，如果把筒中筒结构的外框筒柱距增大，减小梁的高度，便形成了稀柱框架，这样就形成了框架—核心筒结构。框架—核心筒结构相对于筒中筒结构来説，改善了筒中筒结构外形单调、对外视线差、景观较差等缺点。如果建筑高度较高时，可以在框架柱和核心筒之间设置伸臂构件，用来增大结构的侧向刚度和抵抗倾覆力矩的能力。伸臂的增加可以减少结构的侧移和其所在楼层以下的核心筒各截面弯矩。一般情况下，伸臂构件要对称设置，与周边的框架连接时一般采用铰接或半刚接。

1.6巨型框架—核心筒—伸臂桁架结构

当建筑高度达到500米甚至更高时，巨型框架和巨型空间桁架结构不能满足抗震设防的要求，需采用更为经济、刚度更大的结构体系。巨型框架—核心筒—伸臂桁架结构虽然是双重抗侧力体系结构，但它是我国目前抗震设防建筑可以达到最高高度的结构体系。

2高层建筑结构在设计、施工时遇到的问题

2.1设计和施工未能有效联系

在建筑设计的过程中，很多设计为了保证工程的质量，有时会偏向之前的设计方法，导致设计成果不符合目前工程的要求，图纸方面也存在不够完善的问题，比如设计的前后步骤混乱或者漏掉部分内容、参考的图集不标准以及结构道德标高、层高、梁柱的编号等都是设计时能够遇到的问题，这些问题直接导致施工过程中找不到统一的施工标准，还需要现场的技术操作人员靠经验施工，这就导致图纸失去了它存在的意义。比如在建筑高层房屋时，没有在施工前对区域的地理情况进行考察，也没有认真查一下有关资料，工作人员只凭经验来制定施工方案，造成建筑的安全性等出现问题，造成了建筑存在安全隐患。在施工时没有办法完全体现结构的设计要求，最后导致整个建筑结构达不到理想的效果。

2.2建筑结构设计图纸中的问题

高层建筑结构设计的内容有地下设计部分、地上设计部分以及地上地下连接转换等。在设计时因为结构类型、外界环境等影响因素较多，有时会出现建筑结构设计不满足相应规范的情况，发生这种现象的主要原因还是设计人员的专业能力不够，对高层建筑的知识掌握不够抑或是缺乏实际运用的能力，所以在建筑结构设计时设计人员应严格遵守国家规范，按照要求进行设计。在双重抗侧力体系中，抗侧力体系之间的连接和协调也是设计中所应解决的问题。有一些建筑设计人员只注重高层建筑的外观，而忽略了对高层建筑结构设计的科学性和合理性。像对于强风和地震，需要从整个结构设计来考虑做好预防措施。

2.3结构设计中的研究方法的选用

目前对于高层建筑结构模型分析提出了很多研究方法，比如有限元法［3］、等效模型简化法［4］和常微分求解器法［5］等。每种方法都有其特殊的优点和缺点，所以在结构设计计算时要针对问题来选择合适的求解方法，尽量减少其缺点带来的影响，以求得到最优的分析数据。

3针对以上问题的应对措施

3.1人员方面

每一个岗位的人员在上岗之前都要做好相关专业知识和安全技能等方面的培训，特殊作业人员要根据国家规定，拥有一定的专业知识和技能并取得相关职业证书才能从事相关工作。

3.2材料方面

在设计一个建筑时，材料的选用也至关重要，材料的特性直接影响了结构的整体性能。同时为了降低强风、地震等对结构的损害，建筑材料应优先采用具有强度高、质量轻等特点的材料，还可以选择使用可再生或者可循环的绿色产品或者建筑材料。合理的安排利用材料不仅可以有效的减轻结构自身的重量，还能增强结构的抗震性能，避免浪费资源的同时还提升了建筑的稳定性。

3.3环境方面

一个好的建筑不仅在外形、使用功能上满足要求，还应满足社会发展趋势的要求。我国正处于全面建设小康社会的决定性阶段，随着环境和资源的约束不断提高，建筑业应秉持绿色发展理念，提倡低碳制造、绿色施工，来降低建筑带来的环境污染和资源浪费。4结语高层建筑的发展其实也是一个城市甚至是一个国家经济发展水平、人民生活质量的体现。对于双重抗侧力体系的高层建筑来说，其优点不言而喻，但在其设计过程中，设计人员应在着重注意自己的知识储备运用和现场勘查等方面来保证工程设计的合理性。施工时也应注意施工方法的运用和环境的保护措施。

参考文献

［1］周勇.践行生态文明理念推进建筑业高质量发展［N］.人民政协报，2019-05-23（005）.

［2］张永伟.某高层建筑结构设计及优化方法研究［J］.居舍，2018（06）：189.

［3］王海军.钢结构和混凝土结构在高层建筑中的应用经济性能对比［J］.混凝土，2018（05）：123-126，132.

［4］王昌盛，徐家云.多高层隔震结构等效简化模型动力响应分析［J］.工程科学与技术，2018，50（06）：15-22.

［5］张滢.高层建筑自由振动近似计算［J］.四川建材，2011，37（02）：16-17.

作者：田恩玺 单位：河北工程大学土木工程学院