摘要：在建筑结构工程中，大悬挑、超限高层建筑的设计和施工都十分复杂。由于工程本身的不规则性，从性能角度来看，超高层建筑的楼板结构设计需要引入抗震设计，而悬挑桁架的稳定性需要较高刚度的楼板来维持和保护。本文对超限高层建筑大悬挑楼板结构的施工过程进行了分析，并进一步提出了相应的设计方法，以达到建设更安全、更高质量的高层大悬挑楼板建筑的目的。
关键词：超限高层建筑；悬挑楼层结构；抗震设计；桁架的施工
引言
超限高层建筑是指超过规范要求限制的高层建筑，简单来说就是要做超限检查的建筑工程。对于超限高层建筑，我们之所以重视抗震设计，是因为超限高层建筑本身的结构特点已经超出了一般规范的适用范围，如何解决超限高层建筑的抗震问题，也成为了摆在工程设计及施工人员面前的重大难题。如果不解决这个难题，将会影响整个超限高层建筑行业的发展，高层建筑的施工安全也无法得到保障。基于此，本文对超限高层中的一些抗震设计及施工方法作了研究。
我们举一个中心地区的高层建筑为例。有A、B、C三座高层楼塔，地面以下还有多层停车库。塔楼与地下车库之间设有一道抗震缝，使原本不规则的整体建筑划分为若干个相对规则的抗震单元，可有效减少震害来临时对建筑物产生的伤害。该建筑物在第八、十一层的东、西两侧都设有大的悬挑楼板。下面本文就针对大悬挑楼板的结构设计方法和原则，再作进一步的分析。
1超限高层建筑物的常规结构体系
对于相对较高的A层主塔楼来说，我们的主要构造框架是以钢筋混凝土为主的，并且是以筒状的设计为主要核心结构，由实际出发，采用一定的高宽比例，而且相应的核心筒高也应该结合实际来规划，楼盖的材料也该是钢筋混凝土的。再者，八到十一层的外悬挑部分主要是采用钢桁架结构来进行设计的，主要是向外悬挑八厘米。对于B层级的塔楼来说，它不及A层级塔楼的超限高度，因此，在扭转上还是不够规则的，不连续的楼板和局部的穿层柱都是一定的制约因素，在性能之上的设计方法达成，是我们对于C层级塔楼的建造。
图1 A塔楼悬挑结构部分轴测图
2超限高层建筑物的楼板应力情况分析
一般来说，弯曲拉应力和轴向拉应力共同构成了我们的楼板拉应力。超限高层建筑大悬挑楼板结构的楼板应力总体上也应与桁架的作用相结合。对于恒载承载力，我们知道悬臂层在恒载作用下的根部与塔架相连处的拉应力最大，根据计算结果得知其最大值为8MPa。此外，在楼板的设计中，除了降低楼板在拉筋恒载作用下的拉应力外，还有相应降低拉应力的施工工艺和结构措施。实际工程中主要采用以下几种具体的措施：一是靠近塔楼的位置，可设置后浇带，待悬臂楼板恒载设施处理完毕后拆除临时桁架，再浇筑相对稳定的混凝土。其次，桁架的受拉上弦部分为组合楼板结构，连接钢梁与混凝土楼板四周的栓钉均采用低弹性模量材料包裹，进一步减小了悬臂结构变形引起的拉应力。
3超限高层建筑的大悬挑楼层结构的设计方法
3.1通过超限高层建筑大悬挑楼层结构的受剪面确定楼板厚度
超限高层建筑大悬挑楼板的结构设计首先要考虑其承载力和稳定性。桁架与塔身核心筒连接，但不同桁架之间上弦轴线变形程度不同，导致塔身楼板施工过程中水平剪力较大。如图2，因此，对楼板的受力分析、悬挑结构的表面结构以及连体塔的剪切面积计算等方面有了更具体的依据。通过规范给出的计算公式，精确设计出大悬挑楼盖结构的完美悬挑高层建筑。此外，悬挑结构在恒载和活载作用下的截面剪力不同，在有无大震作用下也存在不同的截面剪力。综合以上的理论分析和计算，最终可以确定该楼板的抗剪厚度要求约为200mm，满足规范要求。
图2 大悬挑楼层施工结构
3.2超限高层建筑大悬挑楼层结构的施工过程
本高层建筑大悬挑楼板在施工监测时，主要内容如下:首先，在施工过程中，对大悬臂结构施加荷载和结构位移，进行应变监测，对桁架材料和各种特性进行监测，并对温度监测的有关事项进行分析。其次，在钢结构安装过程中，对这些方法的合理设计和施工过程中的质量和安全保证措施进行了制定，以保证施工的质量和安全。更确切地说，如图2我们在加固工程中的应用主要是为了解决钢筋与钢筋相互交叉的问题。最后，对于大悬臂模板施工，应合理选择底模和侧模，以保证模板的刚度、强度、整体稳定性和可靠性，并通过选用实心板保证混凝土效果。最终达到超限高层建筑大悬挑楼板结构的坚固性和稳定性。
3.3超限高层建筑大悬挑楼层结构的悬挑桁架的节点
大悬挑楼板的结构设计比较精确，不仅是因为楼板具有一定的高度，而且考虑了楼板的大小和安全性。因此，悬臂桁架是悬臂结构的关键部件，其性能水平在大、中、小地震中有所不同。对于悬臂桁架的节点，应进行相应的应力分析。同时，应考虑荷载的组合，结合活荷载和恒载，以及风荷载。最后，分析了大震联合作用和节点受力不同时时间变化的不同影响。例如:首先，当风荷载起主导作用时，节点的应力低于260MPa，较大的安全储备将使节点处于高弹性状态。第二，在大地震组合的情况下，大多数节点处于小于250MPa的状态，但节点底部的应力值在394MPa至490MPa之间。从具体操作实践来看，我们将对柱状钢的厚度进行微调。第三，我们分析了节点区域和杆端的应力情况，我们知道承受较大应力的部位应位于杆的末端。因此，强节点的构件设计概念可以体现在节点结构中。
结语
超限高层建筑悬挑楼板结构设计较为复杂。因此，我们所进行的施工因情况不同而有所不同。至于所用材料，我们知道悬臂结构的混凝土楼板仍然是一种较好的材料，钢构件和关键节点的变形和应力，以及不同的剪切平面条件也会影响工程的施工。因此，在对悬挑结构进行细致分析的基础上，还对工程设计的相关概念进行了分析，以达到高安全系数高层建筑大悬挑楼板施工的完美完成。从根本上降低悬臂结构的内力是一系列结构措施和施工方法。在满足建筑基本功能的基础上，对悬臂结构体系和楼板进行应力设计，最终保证了建筑的可靠性和安全性。
参考文献
[1]甘尚琼.深圳青年活动中心复杂超限高层结构选型分析[J].建筑结构. 2017.03.
[2]殷粉芳，郭牡丹.高层建筑结构悬挑平台设计与施工技术研究[J].江苏建筑.2016.01.
[3]张强.高层建筑屋面大悬挑钢结构支撑探讨[J].低碳世界.2016.36.
[4]资琼昆.某超高层建筑悬挑钢结构施工仿真分析及现场监测[J].江西建材.2017.21.
论文作者:彭宇明
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/2
标签：楼板论文; 结构论文; 高层建筑论文; 应力论文; 桁架论文; 悬臂论文; 节点论文; 《建筑学研究前沿》2018年第18期论文;