伸臂桁架和環形腰桁架在超高層建筑的應用

陳國有

伸臂桁架作為傳遞軸力給外框柱的關鍵構件，其剛度、承載力和穩定性等性能指標應得到有效保證和滿足。當伸臂桁架斜腹桿采用普通鋼支撐時，為保證支撐面內、面外穩定，支撐截面往往較大，相對剛度也大。改用防屈曲支撐作為伸臂桁架斜腹桿，不存在支撐拉壓失穩問題，支撐截面和剛度指標易控制，從而形成“有限剛度”的加強層，能有效減小結構剛度和內力的突變，使其在罕遇地震作用下呈現延性屈服機制。

1 工程概況

本項目建業中心位于河南省鄭州市經濟技術開發區，位于航海體育場以南，東臨朝鳳路，南臨果園南路，東北側毗鄰其他發展項目，西側為遺址公園。由一棟辦公塔樓，一棟酒店，一棟獨棟辦公樓組成。基地總面積約為3.2 萬平方米。地上建筑面積約為13 萬平方米，地下建筑面積約為10 萬平方米。辦公樓主體高度249.9m,采用鋼筋混凝土稀柱框架-核心筒混合結構體系，柱為型鋼混凝土柱，梁為鋼梁。辦公塔樓面積尺寸約為54.8mx42.4m，建筑的高寬比約為5.74。結構由周邊框架形成外框筒，利用建筑的服務區域，圍繞客梯，貨梯，樓梯及設備用房設置周邊剪力墻組成內筒，形成框架-筒體結構。為增強承載力和延性，周邊框架柱采用型鋼混凝土。結構于三層～六層設置型鋼混凝土轉換桁架，結構于二十六層～二十七層，四十四層～四十五層設置周邊環形腰桁架，結構于二十六層～二十七層設置伸臂桁架。

基于建筑與結構相結合的考慮，采用鋼筋混凝土稀柱框架-核心筒混合結構體系，體系中框架和核心筒同時提供承重和抗側力的結構功能，但彼此的作用有所區別。框架主要是核心筒外建筑空間的支撐，是抗震的二道防線；混凝土結構核心筒除了承受豎向荷載外，其主要功能是為結構提供了強大的抗側力能力。

(1)核心筒

鋼筋混凝土核心筒是結構的主要抗側力結構體系。采用鋼筋混凝土墻，可以很好的增加核心筒的延性、剛度和阻尼，從而增加整體結構的剛度。提高核心筒的抗側能力。核心筒除了作為主要抗側力構件外，也同時承擔著作為豎向荷載的重要支撐系統，因此對結構豎向穩定性也發揮著重要的作用。

(2)型鋼混凝土柱+鋼梁

外框柱均采用型鋼混凝土柱，有利于提高外框架的承載能力和延性。作為超高層建筑，除了能有效提高外框架的延性外，還有效的減少了柱截面尺寸，充分發揮材料的性能。

2 鋼結構伸臂桁架施工技術概述

伸臂是指剛度很大的，連接內筒和外柱的實腹梁或桁架，通常是沿高度選擇一至幾層布置伸臂構件，主要應用在高層建筑的鋼結構中，更是為了使得外框架柱的軸力大大增加，從而使得外框架的抗傾覆力矩得以增大，并且使得結構的抗側剛度增大，減小側移所設置的，其是鋼結構的重要組成形式。鋼結構伸臂桁架施工技術，通過字面上的意思就可以看出，其主要的材料是鋼材，在結構當中主要是由鋼板、型鋼等制成的鋼柱、鋼梁以及鋼桁架等一系列構件所組成，在各個構件或者是部件之間大多數時候都采用的是螺栓、焊縫以及鉚釘進行連接的方式。在鋼結構伸臂桁架施工技術當中，改變了以往鋼結構施工技術中不穩固的質量問題，承擔各類荷載引起的內力，并能有效控制結構的水平力，減少由于各種力影響的變形現象，不僅提高了超高層建筑的堅固性能與安全防護能力，還實現了生態環境保護的綠色理念，在一定程度上使得建筑工程的工期得以縮短，其中的施工材料還能夠將其進行回收再次利用，使得資源的浪費情況大大降低，從而提高了企業的經濟效益，對于促進建筑行業的可持續發展奠定了良好的基礎。

3 鋼結構伸臂桁架施工技術在超高層建筑中的應用

3.1 在技術層面控制施工技術的有效措施

3.1.1 前期準備要充分

鋼結構伸臂桁架施工技術在超高層建筑施工中，必須有充分的前期準備，才能夠保證后續工作的順利開展。首先，要優化并分析施工技術，根據建筑的實際情況，制定整體的伸臂桁架施工方案，并明確安裝細則，規范安裝流程，使其在安裝過程中更加簡化與合理；其次，要科學地預埋，這是施工技術中主要的過程，直接影響后續施工質量，在預埋過程中，要充分考慮剪力墻自身的剛度，并做到鋼筋的牢固綁扎與支模，將混凝土強度控制在標準之內，通過加強的焊接技術連接各個節點，全面控制預埋質量；第三，檢查原材料，根據實際施工要求進行材料的選取，并做好實地檢查工作，核實施工圖紙，根據要求對實際情況進行實地調研設計圖紙，并對設計結果進行嚴格的考察與審核，爾后才能夠投入使用。

3.1.2 預拼裝要科學合理

預拼裝的作用是對伸臂桁架結構的加工質量進行檢查，判斷是否滿足實地施工實際需要，因此，預拼裝質量控制至關重要。在進行結構件的設計和加工過程中，應該盡量滿足一次吊裝完成，盡量避免在安裝施工過程中出現較大偏差，嚴格控制伸臂桁架所有的弦桿、腹桿和節點的接口拼裝施工質量，保證鉆孔位置的準確性。

3.1.3 安裝程序要規范

在對伸臂桁架進行安裝時，應注意對各種構件的尺寸以及質量進行實地檢測，以確保安裝質量；采用動臂塔吊吊裝桁架，安裝后要做好鋼桿校正與高強螺栓固定工作，同時，要求相關技術人員對技術進行掌握，并且也應當具備一定的安全意識，從而使得施工效率得到保證；在對焊接技術進行運用的過程中，應當提前將所需要的工具配齊，從而使得施工速率得到提高，要求技術人員在專業技能方面應當具有較高水平并且施工經驗豐富。

3.2 在管理方面控制施工技術質量的應對策略

3.2.1 建立健全科學合理的監督機制

施工企業應當與實際情況相結合，建立科學合理的監督機制，強化施工人員的安全責任意識，與此同時，還應當嚴格遵守管理規章制度，從而為監督管理工作奠定基礎。在實際鋼結構伸臂桁架施工技術施工中，要對鋼材的質量進行嚴格的把控，嚴禁為了降低施工成本而選擇質量低劣的材料。

3.2.2 加強施工人員的培訓與管理

施工企業應當對技術人員進行培訓，使得技術人員的職業素質與專業技能得到提升，從而為現場施工奠定基礎。對于施工企業而言，應當重視對施工人員的管理，定期對施工人員進行安全培訓，并向施工人員就相關的施工技術要點進行講解，保證施工能夠按照相關的技術要求來進行。

4 結語

在城市迅速發展的當下，超高層建筑成為城市建設的主流趨勢。在超高層建筑建設過程中，質量是人們關注的焦點。鋼結構伸臂桁架施工技術有效地保障了超高層建筑工程的質量，提升了建筑的穩定性與安全性，提高了工程施工效率，有效地降低了建筑企業的施工成本和施工難度，促使超高層建筑的社會、經濟、生態效益相統一。