刚性加强层在超限高层建筑结构中的应用研究

梁桂媚

【摘要】高层建筑物在我国建筑行业中的数量越来越多，为了增强高层建筑获得良好的抵抗水平荷载，则要在侧面施工时增强刚度，满足城市用地紧张的局面，继而符合城市化发展的需要。带刚性加强的超高层建筑物在建设的过程中，需要综合分析刚度的问题。本文就刚性加强层在超限高层建筑结构中的应用策略进行研究和分析。

【关键词】刚性加强层;超限高建筑结构;应用策略

随着城市用地的紧张加剧，城市的高层建筑物越来越多，而且也成为了一个城市的地标建筑物，显示着城市的現代化水平。高层建筑的高度在增加的情况下，也容易导致地面的水平荷载压力不断增大，为此需要建筑施工单位加强对地质结构的分析和研究，做好结构设计的工作，确保高层建筑的安全性和稳定性。为了满足高层建筑物抗侧力刚度的要求，要建设建筑避难层、设备层，通过优化高层建筑物的设计状况，以此来前面的推动刚性加强层刚性建筑物满足实际建筑的要求。

1、刚性加强层的基本概念和工作原理

当前在我国的超高层建筑结构设计中，由于超高层建筑的结构高度比较大，为此如果高度和宽度在比较大或者抗侧刚度不足的时候，需要在建筑的结构层中设置了刚性加强层。刚性加强层的结构形式主要是整栋建筑物中比较复杂的部分，而且存在施工难度大的特征，为此要优化钢骨构建、钢筋和模板结构，以此来促进工艺流程的优化，增强建筑施工的科学性和合理性，减少返工现象的出现，同时也能够促进工期的有效节约，增强建筑工程的造价。

在设计高层建筑结构时，如果结构抗测力的刚度不够，那么需要综合运用建筑的设备层或者避难层，设置加强层的结构，继而全面增强建筑结构体系的抗侧力刚度，这种对建筑结构抗测力抗力刚度控制的方法就是刚性加强层。在实际的风控设计环节，通过设置刚性加强层，能够避免建筑结构出现不正常的水平位移问题。设置刚性加强层也容易使建筑结构出现抗侧力刚度产生变化，在地震的影响下，建筑结构的内力层也容易产生变化，通过强化建筑结构抗测力的刚度，则能够减少建筑结构出现刚度突变的问题。

刚性加强层的工作原理是选择适合的建筑结构体系类型，避免建筑结构出现薄弱层的问题，同时要强化建筑结构的基本类型和工作原理，结合实体梁、延性加强的方式来控制剪力墙。同时还要强化构建的工作原理，在墙壁的竖缝中结合柔性填充材料进行封堵。

2、刚性加强层结构设计的特征

2.1刚性加强层结构要同刚度相匹配

设计刚性加强结构层时，应确保框架柱、刚臂、筒体、框架柱的匹配度满足实际的需要，要使得刚臂的线刚度小于筒体的线刚度，若刚臂与线刚度之间的比例在10%～30%之内，那么当加强刚臂自身的刚度时，高层建筑物整体的结构抗侧刚度也会因此而变好。如果刚臂与筒体之间的比例比10%要低时，那么产生的作用比较微弱。如果刚臂和筒体之间的线刚度比30%要大，那么整体结构的抗侧刚度增加值也会相应增加。刚臂与线刚度的比例对增强刚性结构具有一定的影响。

2.2刚性加强层的合适位置以及数量

在刚性加强层数量不断增多的情况下，高层建筑物的整体结构的抗侧刚度也会因此而增加，但是如果刚性加强层的数量大于6，那么依照实际的情况应设置消防避难层，通常情况下，间隔15分钟左右就要设计消防避难层。如果设计100层左右的超限高层，那么高层建筑物的刚性加强层数量则会设置在4个左右。在对刚性加强层进行布置时，通常在分析有关建筑物的高度来布置刚性加强层。从实践层面来看，若刚性加强层的位置位于中部偏上的0.6H时，如果再将第二个刚性加强层加入到其中，那么刚性加强层的位置大约会位于中部的0.5H左右。

2.3带刚性加强层结构的地震响应

将刚性加强层引入到建筑结构中，会导致原有的建筑刚度从竖向层面表现出较为突出的变化，如果上带刚性加强层在地震响应时显得非常复杂，因此在刚性加强层设计时应根据实际的情况来设置地震载荷动力，以此来加强带刚性加强层结构对地震发生时的响应。

在风力荷载的作用下，设计刚性加强层能够有效降低结构的水平位移，但是在地震的影响下，设计刚性加强层则容易导致高层建筑物结构的刚度和内力发生突变，由此而使得建筑物形成薄弱的层，导致地震区域存在带刚性加强层的框架。根据地震区带刚性加强层结构的动力响应特征，以此来推动区域加强层的合理布置，及时的结合有效的抗震措施，继而发挥加强层的作用。

3、带刚性加强层抗震设计的核心

由于地震作用，加强层的出现会使原结构在竖向上层建筑中出现侧移刚度突变，继而容易引起外框柱和心筒剪力墙楼层剪力的急剧变化，如果超高楼层建筑在地震作用下没有采取相应的抗震加固措施，一旦地震发生，建筑结构薄弱层将发生严重破坏，使建筑物整体结构出现倒塌问题，为此需要加强刚性加固层的抗震设计。

3.1加强层框架同核心筒结合的结构

在地震的影响下，设置刚性加强层会导致刚度结构以及内力产生变化，由此而产生薄弱层。如果地震区需要框架、核心筒结合的方式，继而增强抗震防护的能力，确保建造出的刚性加强层来增强对区域的设置和设计，继而发挥刚性加强层的效用。

3.2引入“合适刚度”的设计概念

在地震区域设计带刚性的加强层框架筒体结构设计，需要将“合适刚度”的设计理念引入到其中，很多人在设计的过程中认为刚性结构会受到地震的影响，使得刚性加强层的伸臂满足屈服的状态，由此而达到抗震设计的需要，继而能够让刚性加强层满足了最低限度以及规范位移的要求，继而对整体结构的抗震延性得到一定程度的提升，这样也能够帮助企业获得更高的经济效益。

3.3改善其他建筑结构

带刚性加强层的框架筒体结构抗震设计中，需要控制好加强层的“合适刚度”，对上下层等效刚度的比进行限制，确保关键的薄弱部位结合有效的加强方法，推动建筑结构抗震延性的有效增强，提高建筑物的稳定性和抗震能力。将“带刚性加强层”理念引入到建筑设计中来，要分析“合适刚度”的概念，需要对比限制加强上下层的刚度，继而在外框柱、刚臂梁等其他有关部位设计加强的措施，继而促进抗震延性得到一定程度的改善。

结语：

城市化进程的加快，使得城市面临着用地紧张的局面，为了有效的缓解人地矛盾问题，很多城市选择了超高层的建筑。当前城市化水平提高的标志包含了高层建筑物的数量，很多城市修建高层建筑物，为了展现城市的良好风貌。刚性加强层应用在高层建筑物中，则能够增强高层建筑物的受力，应对外部环境因素对高层建筑物带来的影响。应用刚性加强层是现代建筑物建筑质量和抗震能力增强的表现，建筑规划设计单位应做好前期的规划管理，确保高层建筑物设计符合实际要求，满足城市化发展的需求。

参考文献：

[1]孙立冬.刚性加强层设置对超高层建筑结构受力性能影响[J].中外建筑，2009，（5）：198-200.

[2]梅占馨，冯仲齐.高层与超高层框架-芯筒结构中刚性加强层的布置对侧移控制作用的研究[J].应用力学学报，1997，014（004）：138-141.