30-高层大跨度偏心连体结构研究-李安
高层大跨度连体结构选型及受力性态研究
高层大跨度连体结构选型及受力性态研究①华怀宇1，丁洁民2，吴宏磊2【摘要】摘要: 对高层大跨度连体结构的连体部分进行了结构选型分析，比较了空腹式、上承式、下承式和斜拉式等四种桁架布置形式的连体竖向刚度和结构竖向规则性，研究了上述四种连体结构布置形式下的构件内力分布和楼板应力，分析结果表明斜拉式桁架具备较好的竖向刚度，结构竖向规则性较优，且构件内力和楼板应力分布较为均匀.对高层连体结构的竖向地震作用进行了研究，结果表明大跨度连接体的竖向地震响应较大，在高烈度场地必须重视其对连体受力影响.【期刊名称】佳木斯大学学报（自然科学版）【年(卷),期】2013(031)001【总页数】7【关键词】关键词: 连体结构;连体结构选型;斜拉式;竖向地震0 概述高层连体结构因其独特的造型以及便利塔楼之间联系而受到建筑师的青睐，同时也为结构工程师带来挑战.随着连体跨度的增长，包括竖向重力荷载和竖向地震作用在内的竖向荷载作用对连接体的影响逐渐增大，连体结构选型和竖向地震作用成为关键问题.本文将结合工程实例，针对连体结构选型和连接体竖向地震作用这两方面问题进行分析研究，对比了各种连体布置形式下结构的受力性态，同时将比较采用不同计算方法得到的竖向地震计算结果的差异.1 工程背景河南建设大厦[3]位于郑州市(图1)，为一立面呈门字形的对称双塔连体结构，双塔平面布置沿两个方向均对称，两栋塔楼的核心筒沿水平方向呈45度斜置.塔楼地上21层，主要层高3.9m，在顶部由4层连体相连接.主塔楼结构高度为85.5m.单塔建筑平面布置规则，图2，平面尺寸47.6m×45.5m.连体高度16.5m，塔楼连体部分与双塔等宽，由于塔楼斜置，连体跨度呈现由两侧向中间缩进的趋势，连体跨度为23m～57m.2 连体结构选型研究本工程中，连接体处于高位且跨度超大，是整个结构中最为关键的部分，连体部分的结构选型关系到连体自身受力特性和结构整体的侧向刚度，因此有必要对连接体的结构选型进行分析研究.下面将从连体竖向刚度、塔楼整体侧向刚度和连接体静力特性等方面进行参数分析，寻找最优的连体结构布置形式.2.1 连体布置形式连体部分通常采用钢桁架的形式.一方面，连体部分属于大跨度结构，希望尽量减小连体重量，采用钢结构将减轻连体重量;另一方面，连接体施工通常是高空作业，而钢结构施工将大大缩短施工周期和难度.根据该工程连体部分的特点，分别采用空腹式、上承式、下承式和斜拉式等4种桁架布置形式，图3，研究连体部分的结构受力特性.钢桁架的构件采用相同的构件截面尺寸，空腹式桁架在原有连体结构基础上将竖腹杆加密一倍;上承式桁架在连体顶层布置V形斜腹杆;下承式桁架在连体底层布置V形斜腹杆;斜拉式桁架在边榀桁架布置贯穿4层连体的斜腹杆.2.2 连体布置形式对连体竖向刚度的影响为了考察连体结构的竖向刚度，对连体底层跨中的竖向挠度进行检测，监测点位于跨度最大的边榀桁架位置处，图4.各方案在恒+活荷载(1.0 D+1.0L)工况下的竖向挠度如图5所示，可以知道，空腹式桁架的竖向挠度为189mm，远大于其他三种钢桁架形式;上承式桁架的竖向挠度为67mm，大于下承式桁架的竖向挠度54mm，这两种桁架形式具有相同的竖向刚度，但由于桁架两端支座存在差异，上承式桁架在顶层，其支座抗弯刚度较小，支座转角较大，因此其竖向挠度值较大;斜拉式桁架的桁架高度为4层楼层高，桁架的抗弯刚度较大，其竖向挠度为25mm，为四种方案中最小，竖向刚度最大.斜拉式桁架的竖向挠度约为传统的上承式桁架和下承式桁架的一半，竖向刚度明显优于其他三种桁架布置形式，因此在竖向刚度的比较上，斜拉式桁架为较优方案.2.3 连体布置形式对结构侧向刚度的影响连体部分的结构选型不仅对连体自身的竖向刚度有影响，还会对结构整体的侧向刚度产生影响.双塔连体结构在双塔之间设置一道连接体，结构整体可简化为“门框形”的力学模型，图6，可以知道结构整体的侧向刚度受主塔侧向刚度和横梁抗弯刚度共同影响，因此提高结构侧向刚度的手段有两种，即增大主塔楼的侧向刚度和提高连接体的抗弯刚度.为了研究连体布置形式对结构整体侧向刚度的宏观影响，考察上述4种桁架布置形式在多遇地震下的塔楼侧向位移响应，图7，由于设置连体对结构Y向塔楼侧向位移基本不产生影响，略去Y向变形图.单塔顶层侧移为57.7mm，空腹式为52.7mm，上承式为50.4mm，下承式为48.3mm，斜拉式为48.9mm.结构在设置连接体后，其顶点侧向位移比单塔顶点侧向位移小，因此设置连体后结构整体的侧向刚度提高;相比与其他三种桁架形式，空腹式桁架的顶点侧向位移最大，因此在提高结构整体侧向刚度方面的效果较差;下承式桁架和斜拉式桁架在提高结构整体侧向刚度方面的效果相当，均强于上承式桁架，因此就提高塔楼整体抗侧能力而言，下承式桁架和斜拉式桁架为较优方案.塔楼层间位移角，图8，可以更进一步表明连体桁架布置形式对楼层侧向刚度的影响，分析结果表明塔楼采用上述四种桁架布置形式，其层间位移角均能满足规范层间位移角限值要求1/800.空腹式桁架的层间位移角最大，其在提高塔楼侧向刚度方面的效果最差，但层间位移角变化均匀，规则性较强;下承式桁架的层间位移角最小，但在桁架层处的层间位移角有较大突变，即产生了较大的塔楼刚度突变，在桁架层的下一层容易形成软弱层，影响结构的抗震性能;上承式桁架的层间位移角大于下承式桁架和斜拉式桁架，在提高结构整体侧向刚度的效果介于上承式桁架和斜拉式桁架之间，但顶部桁架层处的层间位移角亦存在较大突变;斜拉式桁架的层间位移角大于下承式桁架，对结构整体侧向刚度的提高较多，且其层间位移角的变化较均匀.塔楼的竖向规则性可由塔楼侧向刚度比表征，图9，下承式桁架在桁架层下一层的侧向刚度比为0.77，超过了规范限值要求，属于竖向不规则结构，这对结构的抗震性能不利;根据《高规》3.5.2条第2款的规定对结构的抗侧刚度比进行计算，分析结果表明，空腹式桁架、上承式桁架和斜拉式桁架的最小侧向刚度比分别为1.09，1.09，1.00，均能满足规范要求.综上所述，桁架布置形式对结构侧向刚度的影响方面，斜拉式桁架对提高塔楼侧向刚度的效果最好，且塔楼侧向刚度变化较均匀，因此斜拉式桁架为较优方案.2.4 连接体静力特性分析连接体作为联系双塔的关键组成部分，受到多重荷载作用，包括自重、附加恒载、活荷载和水平荷载作用等.该工程的连接体跨度较大，且功能复杂，承受较大的恒载和活载作用，分析结果表明[4]竖向静荷载是连体结构的控制荷载，是连体结构选型的主要影响因素，因此下文主要研究连接体在竖向静荷载作用下的构件内力分布规律.2.4.1 主要构件内力分布上述四种桁架布置形式在竖向静荷载作用下的轴力图如图10所示，空腹式桁架整体表现为顶部横梁和底部横梁的轴力较大，顶部横梁中间受压两端受拉，底部横梁中间受拉两端受压，二者受力情况相反;上承式桁架和下承式桁架的受力特性基本相同，整体表现为斜腹杆及其上下弦杆的受力较大，竖腹杆受力较小，表现为典型的桁架受力特征;斜拉式桁架整体表现为斜拉桥式的受力特征，斜腹杆和底部跨中横梁形成主要的受力机制，且主要构件基本都是受拉构件，能够有效避免钢结构稳定问题.各桁架布置形式在竖向静荷载作用下的构件轴力最大值见表1，从构件内力上看，空腹式桁架的上下弦的轴力最大值为4693kN，弯矩最大值为10678kN·m，构件的轴力值相对而言较小，弯矩值较大，连接体的内力传递主要依靠构件的弯曲机制来实现，结构效率较低;上承式桁架的上下弦的轴力和弯矩最大值分别为18733kN和2783kN·m，斜腹杆的轴力最大值为13517kN，构件的轴力较大，弯矩值较小，连接体的内力传递主要依靠构件的轴力机制来实现，结构效率较高;下承式桁架的上下弦的轴力和弯矩最大值分别为17311kN和2162kN·m，其受力情况与下承式桁架基本相同，结构效率较高;斜拉式桁架的下弦的轴力和弯矩最大值分别为6248kN和1097kN·m，斜腹杆的轴力最大值为8063kN，结构力流清晰，与斜拉桥的受力相类似，各主要承载构件受力较均匀，不存在受力特别大的区域，轴力和弯矩都较小.综上所述，斜拉式桁架的内力分布较为均匀，内力值较小，结构效率较高，为较优方案.2.4.2 楼板应力分析连体结构的楼板在竖向重力荷载作用下也会参与连体桁架的受力而产生内力，以下对比分析了上述四种桁架布置形式的楼板应力，分析结果见表2.2.分析结果表明，空腹式桁架17层和21层的楼板应力较大，分别为3.86MPa和－5.65MPa;上承式桁架20层和21层的楼板应力较大，分别为11.08MPa和－16.27MPa;下承式桁架17层和18层的楼板应力较大，分别为10.11MPa和－11.14MPa;斜拉式桁架17层、19层和21层的楼板应力较大，即斜腹杆与竖腹杆相交的楼层，分别为5.38MPa，－4.34MPa 和－3.98 MPa.斜拉式桁架和空腹式桁架的楼板应力相同且较小，约为上承式桁架和下承式桁架的一半.楼板应力较大层均为弦杆内力较大层，即在构件截面一定的前提下，弦杆内力大意味着构件的应力和应变都较大，而楼板与弦杆变形协调，楼板的应变也较大，因此楼板应力较大.桁架布置形式会对连接体的楼板产生较大影响，需具体情况具体分析，对应力较大楼板采取相应的加强措施.根据以上分析结果，斜拉式桁架和空腹式桁架的楼板应力较小，为较优方案.3 连体结构竖向地震作用效应研究结构的竖向作用包括恒荷载、活荷载和竖向地震作用等.其中竖向地震作用属于动力荷载，其作用大小受到地震烈度、结构竖向动力特性、场地条件和结构阻尼比等多种因素的影响.高层连体大跨度连体结构的连体部分竖向刚度较小且自重大，同时，连体的位置很高，因此竖向地震作用效应急剧增大.因此在进行高层大跨度连体结构的计算分析时要仔细研究竖向地震作用，找出较好的计算方法.下文将对比规范简化算法、振型分解反应谱法和时程分析法下高层大跨度连体结构的竖向地震作用.3.1 竖向地震作用的计算方法《高规》4.3.13条分别给出了3种结构竖向地震作用的计算方法，规范简化方法(1～4)、振型分解反应谱方法和时程分析方法.式中:FEvk为结构总竖向地震作用标准值;αv max为结构竖向地震影响系数最大值;Geq为结构等效总重力荷载代表值;Fvi为质点i的竖向地震作用标准值;Gi，Gj为分别质点 i，j的重力荷载代表值;Hi，Hj分别为分别质点i，j的计算高度.规范简化方法计算简便，楼层竖向地震作用沿塔楼高度呈倒三角分布，随着塔楼高度的增加，楼层竖向地震作用将增大，概念上说明了竖向地震作用的分布规律，但该方法仅考虑到一阶振型对竖向地震作用的影响，难以应用于复杂结构的计算.振型分解反应谱法将模态分析与反应谱理论相结合，能较好的反映不同振型对竖向地震作用的影响.时程分析法能够计算结构在地震动激励下的响应，反映结构在地震作用下的全过程响应，能够考虑到鞭梢效应的影响，但计算量较大，且由于地震作用的不确定性，竖向地震作用计算也不完全精确.以下将采用上述三种方法计算结构的竖向地震作用，对比其差异，为结构设计提供一些参考.3.2 竖向地震计算结果差异研究分别采用时程分析法、振型分解反应谱法和规范简化方法计算高层大跨度连体结构的竖向地震作用，连体部分采用斜拉式桁架，图3－d.场地抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度为0.10 g，设计地震分组为第二组，建筑场地类别为III类，场地特征周期为0.55s.根据场地条件，选取7条竖向地震波，在各条地震波下的楼层竖向力包络值，图12，分布在一个较为离散的带宽内，其基底竖向反力最大值、最小值和平均值分别为37984kN，28130kN和32461kN.根据《高规》4.3.5条第4款，当取七组及七组以上时程曲线进行计算时，结构地震作用效应可取时程法计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值，因此选取平均值表征时程分析法结果.三种方法的楼层竖向力沿竖向的分布如图4，时程法、反应谱法和规范方法的基底反力分别为32461kN，26620kN和46151kN，其中反应谱法的结果最小;时程结果与其较接近，是反应谱法结果的1.22倍;规范算法远大于上述两种方法，是反应谱法结果的1.73倍.形成这一现象是因为规范算法未考虑结构周期的影响，结构竖向地震影响系数取最大值，所以规范算法的结果最大.3.3 竖向地震作用下的内力分布规律研究大跨度连体结构是结构的重要部位，结构的质量分布如表3所示，结构总质量为120750t，连体部分质量为9662t，连体部分质量达到结构总质量的8%;采用时程分析法、反应谱法和规范简化算法，连体部分产生的竖向地震力分别占结构总竖向地震力的11.9%，13.7%和12.5%，因此大跨度连体的重量和竖向地震作用两方面在整体结构中都占到相当大的比重，需研究连体部分在竖向地震作用下的内力分布规律.场地抗震设防烈度为7度时，结构连体部分的竖向地震作用如表4所示，采用时程分析法、反应谱法和规范简化算法进行计算，连体部分的竖向地震影响系数分别为3.59%，3.84%和6.11%，连体部分的竖向地震作用较大.一方面，连体位于结构顶部，这意味着竖向振型下的竖向位移较大，地震作用有所放大;另一方面，连接体的下部悬空，其竖向刚度减小，竖向振型的自振周期增大，逐渐接近场地卓越周期，因此竖向地震作用效应急剧增大.4 结论与建议(1)连体结构选型对大跨度连体结构至关重要，通常的连体桁架形式有空腹式、上承式、下承式和斜拉式等，其中斜拉式桁架竖向刚度大，且对结构竖向规则性影响较小，是较优连体结构布置形式.(2)连体部分桁架布置层的水平构件内力和楼板应力较大，需对楼板采取相应加强措施，如布置水平交叉支撑或钢筋桁架模板，以保证其正常使用条件的功能.(3)计算连体结构的竖向地震作用时，可采用振型分解反应谱法、时程分析法以及规范简化方法，其中规范简化方法的计算结果最大.(4)高位大跨度连接体的竖向地震响应大，在抗震设防高烈度区需特别关注高位大跨度连接体的竖向地震作用，保证结构安全.参考文献:[1]JGJ3－2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社，2010.[2]GB50011－2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2010.[3]河南建设大厦结构抗震设防专项审查报告[R].上海:同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司，2012.[4]徐培福，傅学怡，王翠坤，等.复杂高层建筑结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社，2005:314－357.[5]何志军，丁洁民，吴宏磊.上海国际设计中心不对称双塔连体结构设计研究[J].建筑结构，2008，38(6):47 －51.[6]石文龙，孙飞飞，李国强.某多塔连体高层建筑的竖向地震反应分析[J].建筑结构，2007，37(8):65－69.。
超限高层与大跨度结构设计要点
超限高层与大跨度结构 设计要点中国建筑设计研究院 范重 2012年5月内容提要一、超限高层与大跨度结构设计相关规定 二、超限高层建筑结构设计要点 三、超限高层建筑结构设计实例 四、超限大跨度结构设计实例一、超限高层与大跨度结构 设计相关规定《中华人民共和国防震减灾法》《中华人民共和国防震减灾法》由中华人民共和国第十 一届全国人民代表大会常务委员会第六次会议于2008年12 月27日修订通过，修订后的《中华人民共和国防震减灾法 》公布，自2009年5月1日起施行。
《中华人民共和国防震减灾法》内容第一章 总 则 第二章 防震减灾规划 第三章 地震监测预报 第四章 地震灾害预防 第五章 地震应急救援 第六章 地震灾后过渡性安置和恢复重建 第七章 监督管理 第八章 法律责任 第九章 附 则 （共九十三条）第四章 地震灾害预防《中华人民共和国防震减灾法》第三十四条 国务院地震工作主管部门负责制定全国地震烈度区划图或 者地震动参数区划图。
国务院地震工作主管部门和省、自治区、直辖市人民政府负责管理 地震工作的部门或者机构，负责审定建设工程的地震安全性评价报告， 确定抗震设防要求。
第三十五条 新建、扩建、改建建设工程，应当达到抗震设防要求。
重大建设工程和可能发生严重次生灾害的建设工程，应当按照国务 院有关规定进行地震安全性评价，并按照经审定的地震安全性评价报告 所确定的抗震设防要求进行抗震设防。
建设工程的地震安全性评价单位 应当按照国家有关标准进行地震安全性评价，并对地震安全性评价报告 的质量负责。
前款规定以外的建设工程，应当按照地震烈度区划图或者地震动参 数区划图所确定的抗震设防要求进行抗震设防；对学校、医院等人员密 集场所的建设工程，应当按照高于当地房屋建筑的抗震设防要求进行设 计和施工，采取有效措施，增强抗震设防能力。
第四章 地震灾害预防《中华人民共和国防震减灾法》第三十八条¾ 建设单位对建设工程的抗震设计、施工的全过程负责。
高层连体结构设计浅析
的“U”形结构，分三部分脱缝处理，地上15层、地下2层，总 长85m，宽60m，地上总建筑面积约3.2万m2。两侧塔楼10~14 层通过较宽的混凝土走道连接，为凯旋门式结构，最终经过多 重计算及比较，调整连接体刚度可以较好地协调两个塔楼的刚 度，控制好整体结构的扭转。同时使连接体及相关部位结构构 件的变形、应力处于规范限定范围内[4]。
Construction & Decoration
建筑设计与装饰
高层连体结构设计浅析
魏立 陕西同济土木建筑设计有限公司 陕西 西安 710003
摘 要 连体结构作为一种复杂的高层建筑结构，对其的研究应用还有待总结、深化，因此我们对高层混凝土连体 结构的进一步研究与探讨是非常重要的，本文结合相关规范、工作实践经验等对高层混凝土连体结构的设计做了相 关总结与探究。 关键词 高层；连体结构；设计
[J].建筑结构,1999,(4):9-12. [2] 徐福培.复杂高层建筑结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社,
2015:17-19. [3] JGJ3-2010.高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工
业出版社,2010. [4] 彭伟.高层建筑结构设计原理[M].成都:西南交通大学出版社,
4 结束语 高层混凝土连体结构受力复杂，具有较明显的扭转效应，
对地震作用特别是竖向地震作用敏感，结构设计界时应至少采 用两种三维空间计算软件对其进行弹性、弹塑性分析。从概念 设计的角度上加强对连体结构相关薄弱部位的构造措施，对整 体结构从构造上予以调整，使其满足工程要求。
参考文献 [1] 娄宇,王红庆,陈义明.大底盘上双塔和连体高层建筑的振动分析
2010:117.
大跨度钢结构屋盖的结构设计
３ ． 三 角 形钢 管 桁 架 的设 计 拱形三角形钢管桁架的杆件选用 Ｑ ３ ４ ５ Ｂ无 缝 钢 管 ，跨 中 高 为 ２ ． ７ ｍ ，支 座 高 为 １ ． ３ ５ ｍ 。上 弦 杆 支 座 处 的 三 节 间 为 １ ８ ０ Ｘ １ ０ ，剩 余 的 均 为 １ ８ ０ Ｘ６ ，而 水 平 腹 杆 和 斜 腹 杆 为 ６ ８ Ｘ４ ：下 弦 除 了 外 挑 部 分 为 １ ２ １ Ｘ４外 ，三 节 间 为 １ ８ ０ ×１ ０ ，剩 余均 为 １ ６ ８ ×６ ；上 下 弦 的斜 腹 杆 均 为 中８ ９ ×４ ，钢 管 桁 架 在 制
了论述 ．重点介绍 ｒ结构设计过程 中的节点 设计、构造处 理和结 构计 算等关键环 节，以供广 大读者参考借 鉴。
两侧低跨 网架结构支座 是周围框架柱 和轴 ４ ２ ｍ的大 跨度转换 立体钢管桁架 ，檐口的标高为 １ ５ ． ３ ｍ 。
作时的构造起拱为 １ ５ ｍ ｍ 。 ４ ． 大跨度立体桁架 的设计
大 跨度钢结 要】随着人们 生产生活所需建筑空间 的不断扩 大，大
跨 度 建 筑 技 术开 始 技 展 起 来 因 钢 网壳 结 构 有 适 应 性 优 良 、
出屋顶 ４ ． ５ ｍ ，两侧的低跨是 １ ５ ． ９ ｍ的斜屋面 ，坡
度为 ５ ％ ，选 用 钢 网壳 结 构 ，屋 盖 的 周 围纵 向柱 距 为 ９ ． ４ ｍ 。 屋 顶 内部 无 柱 支 撑 ，轴 之 间 设 有 一 个转 换 立 体 架 ， 立 体 架 的 上 弦 为 钢 管 桁 架 支 座 ，下 弦 节 点 设 置网架屋面支座，且在轴间的跨度足 ４ ２ ｍ 。拱 形 钢 管 桁 架 的 支 座 是 轴 框架 柱 和 轴 ４ ２ ｍ的大 跨 度 转 换 立 体 钢 管桁 架 ， 顶标 高 ２ ３ ． ６ ５ ｍ ，支 座 的标 高 为 １ ９ ． １ ｍ ，
大跨度钢桁架连廊的结构设计与分析
大跨度钢桁架连廊的结构设计与分析摘要：高层建筑能够有效提高土地利用率，为大众提供更为舒适便利的居住、商用条件。
在现阶段，为了进一步丰富高层建筑的功能，提高建筑空间利用率，大跨度钢结构连廊已经成为当下高层建筑中极其常见的结构，其作为空中连廊结构不仅能够更好实现相邻塔楼之间的联系，增加建筑的采光和空间，同时还具备极好的美观性和观赏性。
但是大跨度钢结构连廊设计难度较高，在具体设计时需要综合考虑多方面因素的影响，因此文章结合具体工程实例探讨了高层建筑大跨度钢结构连廊设计中的要点和关键，以供参考。
关键词：大跨度钢结构连廊；竖向自振频率；时程分析；峰值加速度1大跨度钢结构连廊结构的特点大跨度钢结构连廊的设计关键在于做好各组成部分之间关系的分析和连接。
尤其对于大跨度钢结构连廊这类结构，更要进行重点关注，全面考虑风载、地震、人行激励下的动力响应等的影响。
钢结构连廊两端与主体结构的连接可以采用刚接或固定铰支座、滑动铰支座连接，一般情况下宜尽量采用刚接，当连廊处在建筑底部的1/3高度范围内时(低位连接)也可采用滑动支座连接[1]。
连廊两侧塔楼宜采用双轴对称的平面形式，如果两侧塔楼不对称，在地震中将会出现复杂的X、Y、θ相互藕联的振动，扭转影响大，对抗震不利，进而会对连廊产生严重破坏甚至塌落，同时使主体结构中与连廊相连的部位结构严重破坏[2]。
为满足行人的舒适感，大跨度钢结构连廊的舒适度分析也是至关重要的。
钢结构连廊在具体设计时需要从受力条件和环境入手展开仔细的分析计算，合理进行科学连接方式的选择及采取足够的保障措施，确保连廊的安全性。
2高层建筑大跨度钢结构连廊设计中的关键点分析2.1工程概况以及相关设计参数某高层商业建筑包括两栋塔楼，两栋塔楼在7层处设置钢结构连廊，连廊的跨度、宽度和高度分别为50.4m、5.8m和4.5米，底标高为28.7m,其两端分别作者简介：何振华（1985~），男，浙江湖州人，中华人民共和国一级注册结构工程师。
大跨度建筑结构设计中重点及难点分析
大跨度建筑结构设计中重点及难点分析摘要：随着我国经济的发展以及城市化进程的加快，城市建筑不断增加，而在城市建筑中，其建筑结构的设计对于提高建筑的质量有着重要的作用。
同时，在城市的建设中，其大跨度的建筑结构设计是未来城市建筑发展的一种新的趋势，是衡量一个城市和国家建筑体系发展的重要的标准，因此加强对大跨度建筑结构设计的研究进而确保建筑结构设计的合理性，成为设计人员需重点研究的课题。
本文从大跨度建筑结构的发展现状以及大跨度建筑结构设计中的重点和难点等方面进行简要研究和分析，进而为大跨度建筑结构设计提供参考性的意见和建议，进而提高大跨度建筑结构设计水平。
关键词：大跨度建筑；结构设计前言在我国城市化的发展中，城市建筑逐渐增加，大型的综合体建设量也越来越多。
在这些建筑中，由于对建筑的综合性需求，大跨度的建筑在城市中逐渐受到追捧。
同时，由于建筑功能要求，这些大型商业综合体一般具有建筑长度较长、内部大开洞造成连接薄弱、连廊及影厅跨度较大、局部位置大悬挑等共同特点。
因此，我们有必要做好大跨度结构设计工作，确保建筑结构设计的合理性。
因此，设计人员需加大对大跨度建筑的结构设计分析，掌握大跨度建筑结构设计中的重点和难点，进一步提高大跨度建筑结构的设计水平。
一、大跨度建筑结构的发展现状在现代城市中大跨度建筑越来越受到人们的欢迎和喜爱，而大跨度结构的建筑是巧妙的借助力学的原理，结合设计师对自然的感受，比如乔木、贝壳等，形成的一种建筑结构。
这种建筑结构不仅能满足人们对建筑的基本需求，同时由于在设计上接住了大自然中的事物，使得大跨度建筑结构为人们提供一种感官上的愉快享受，进而为人类的创造提供了范本。
但是，在大跨度建筑结构设计中，由于大跨度建筑结构的样式繁多，例如卡斯滕结构和树状结构等。
而随着现今人们生活水平的提高以及建筑行业的发展，简单的建筑设计已经不能满足人们的需求，其建筑也逐渐朝着更大跨度、更大空间、利用更合理以及更加美观的方向发展。
结构设计知识：大跨度结构的设计与分析
结构设计知识：大跨度结构的设计与分析大跨度结构是现代建筑中十分重要的一种建筑形式，它在桥梁、体育场馆、展览馆、机场候机厅等场所中广泛应用。
大跨度结构不仅展示了建筑师的设计水平，同时也对结构设计技术提出了更高的要求。
大跨度结构的设计需要满足以下几个方面的要求：首先，需要具有足够的刚度和强度，保证结构的稳定性和安全性。
其次，要满足建筑的使用需求，如体育场馆需要能够承载大量观众。
最后，也需要满足美学要求，结构形式和建筑风格既要满足实用性，同时也要符合建筑美学的要求。
在大跨度结构设计中，常见的结构形式包括桁架结构、双曲面结构、空心结构等。
这些结构形式根据不同的建筑用途，针对不同的建筑空间进行设计。
例如，体育场馆常采用桁架结构，可以满足大跨度和大荷载的需求。
大跨度结构分析也是设计过程中十分重要的一步。
采用有限元分析等现代结构分析方法，可以精确计算大跨度结构在荷载作用下的变形和应力情况，从而确定结构强度和安全系数。
同时，在分析过程中还可以验证结构的设计方案是否符合使用要求和美学要求。
除了结构分析，大跨度结构的制造、运输和安装也是非常复杂的过程。
因此，需要充分考虑这些因素，特别是运输和安装过程的限制，才能最终实现大跨度结构的成功建造。
总的来说，大跨度结构的设计与分析是一个十分复杂的过程，需要充分考虑结构稳定性、使用需求和美学要求等多方面因素。
如何充分发挥材料的优势，在结构设计方案中采用合适的结构形式，并通过精确的分析方法计算结构的荷载和变形情况，是大跨度结构设计与分析的核心要点。
在今后的大跨度结构设计中，随着科技不断发展和对结构性能要求的提高，设计者需要不断创新，更好地利用现代结构分析和制造技术，设计出更安全、更美观的大跨度结构。
超长大跨连体结构设计方法的研究
力墙 筒体 以及较大 柱截面 对钢筋混 凝土楼 屋盖沿 水平方 向 自由 收缩和温差变形产 生很 大 的约束 ， 结构水 平 温差效 应十分 显著 。 为定 量 的分 析该 结构 的温度 应力 对结 构 内力及 配 筋影 响 ， 采用 Ｐ Ａ ＭＳ Ｐ对考虑 和未考虑 温差 的内力 配筋 最大值进行 了 比较 ， 如表 ３所示 。计算时 ， 差按 当地温 差取 一 ０℃ ； 温 ２ 钢筋混 凝 土部 分结
以某实际工程为例 ， 对解决上述问题 的设计方法进行 了研究 。
图 ２ 转换桁架立面图
１ ７层
一
１
Ｊ ６层
５层 ４层
］ ３层
图 ３ 横 向悬挑桁架
１ 工 程概 况
本研究 以某高新 园 区公 共 服务平 台工程 为工 程背 景。该建
２ 考虑控 制施 工顺序 的设计 方法
减， 温度应力更加显 著。考虑 温度 载荷作 用时 ， 温度 效应 分项 系 数取 １ ２ ， ．５ 组合值 系数取 ０ ８ ． 。从表 中可以看 出 ， 温度应力对弯矩 的影 响较小 ， 对轴力和配筋的影响较大 ， 约增加 ３ ％ 。 ０
表 ３ 混凝土梁 内力 、 配筋最大值计算 结果对 比
序， 在不 同的施工步骤 中进行“ 活” 钝 化” 来实现结 构 的搭 激 或“ ，
建或拆除过程 的模拟 。按上述模 拟方法对本工 程进行 了模 拟 ， 模 拟施工过程时考虑 了转换桁 架整体提升 的施 工工艺 ， ４为主要 图 连体结构通过⑧轴 ， ⑥轴 ， ， 轴四榀平 面桁 架将力 传至 施工模拟步骤 。其 中， ４） ⑩轴 ⑩ 图 ａ为模拟两侧①轴 ～ ⑩轴 、 轴 一 ⑩ ③轴 两侧核心筒和框架上 。由于连体部分跨度较 大 ， 上部楼层 数较 混凝土结构 （ 骨混 凝 土结 构 ） 且 钢 从下 往 上 依 次施 工 至屋 顶标 高 多， 结合建筑 的房 间布置及功能要求 ， 四榀平面桁架 采用“ 托上 ＋５ ．０ 形成结构整体刚度 ； ４ ） 下 ２ ５０ｍ， 图 ｂ 为模 拟⑩ 轴 一 ⑩轴屋 顶桁 吊” 的设计方法 ， 式 转换桁 架底 部布置 ２层 ， 顶部布 置 １层。建筑 架 的安装及混凝土楼板 的浇筑 （０层 ， １ 屋顶 ） 图４ ） ； ｃ 为模拟⑩ 轴 ～ 北面从 ３层平面开始逐渐向外挑出 ， 屋面处悬挑最大 ， １ ． ⑩轴底部转换桁架 的安 装及混凝 土楼板 的浇筑 （ 达 ２ ４ｍ， ３层 ～５层 ） 图 ； 如 图 ３所示 ， 中挑 出部分通过在顶层 及 ７层处设 置横 向悬 挑桁 ４ ） 其 ｄ 为⑩ 轴 ～ ⑩轴 ６层 ， 层 的钢 结构安装及混凝 土楼 板的浇筑 ； ７
对大跨度建筑结构设计的研究
对大跨度建筑结构设计的研究【摘要】随着科技的不断发展，对建筑结构设计的要求越来越高，建筑空间结构作为建筑质量评价的标准之一，不仅要重视设计的美观性，还要充分考虑经济成本、结构受力等因素。
大跨度建筑在民用建筑、工业建筑中的运用越来越广泛，文中对大跨度建筑结构类型进行了相关分析，并探讨了主要的建筑结构设计要点，为以后确保大跨度建筑结构设计质量提供了参考质量。
【关键词】建筑结构；大跨度；结构类型；设计要点引言：大跨度建筑具备使用性能好、外形美观、结构多样化等特点，它是建筑空间结构技术的重要发展方向，对提高建筑质量有着重要意义。
目前，大跨度建筑主要包含了网架结构、网壳结构、薄壳结构、悬索结构及膜结构，该五种结构的形式特点有所差异，我们要加强结构设计的研究，在原本的建筑结构基础上，研发出更先进的结构形式。
下面我们首先来了解一下大跨度建筑结构的几种类型以及设计要点。
一、大跨度建筑结构类型的相关介绍大跨度建筑主要运用了网架结构、网壳结构、薄壳结构、悬索结构及膜结构五种，这五种结构的应用有所不同，下面我们分别来了解一下。
1.1、网架结构网架结构是一种常用的结构形式，工作人员按照一定的规律将杆件相互连接，形成网格结构，网格结构相互组合成为多层结构，也就是网架结构。
网架结构具有抗震性能佳、刚度大、不易变形、自重轻等特点，而且在施工过程中，比较容易操作，既能够达到一定的美观性，又能够大大提高施工效率，节约了大量的施工成本，在工业建筑、民用建筑中有着广泛的运用。
除此之外，网架结构又分为单层平面网架、单层曲面网架、空间平板网架等几种结构形式，其中单层平面网架由正方形网格组成，放置起来较方便，可正可斜放，在大型方形平面建筑中运用较多。
而单层曲面网架是在前者基础上的改善，将平面改成了曲面，刚度、结构跨度进一步提高。
空间平板网架行对来说强度大，而高度相对低些，能够充分满足建筑空间需求。
1.2、网壳结构网壳结构的原材料自重轻，结构厚度较小，截面尺寸较低，刚度性强。
建筑结构大跨度结构
建筑结构大跨度结构大跨度结构是指横跨较长的距离，一般大于50米的建筑结构。
大跨度结构在现代建筑中得到了广泛应用，不仅可以提供更大的空间，还能够提高建筑的整体美观性、功能性和可持续性。
本文将介绍大跨度结构的定义、分类、应用以及在设计中的考虑因素等内容。
一、大跨度结构的定义大跨度结构是指横跨较长的距离的建筑结构。
它们通常用于一些需要较大空间的场所，如会展中心、机场终端楼、体育馆等。
大跨度结构的建造需要考虑跨度、荷载、材料和施工等因素。
跨度越大，结构的自重越大，所需的材料和施工难度也越大。
因此，在设计大跨度结构时需要进行充分的工程计算和结构分析，以确保结构的稳定性和安全性。
二、大跨度结构的分类根据结构的形式和功能，大跨度结构可以分为以下几种类型：1.單元系統結構：单元系统结构是一种由标准化部件组成的结构体系，其主要特点是模块化。
这种结构适用于大型工业厂房、仓库等场所。
常见的单元系统结构包括钢桁架结构和桁架梁结构。
2.点支撑结构：点支撑结构是一种通过柱子或支撑点将荷载传递到地面的结构。
它适用于要求大空间的建筑，如机场终端楼、体育场馆等。
点支撑结构常见的形式有网壳结构和空间桁架结构。
3.地铁结构：地铁结构主要用于地铁车站和地下通道等场所，其特点是地下结构、强度高和防水性能好。
地铁结构主要由混凝土和钢材构成，以提供足够的强度和稳定性。
4.悬索桥结构：悬索桥结构主要由悬索和桥塔组成，适用于跨越较长距离的桥梁。
悬索桥结构具有较好的承载能力和抗震能力，广泛用于桥梁工程中。
三、大跨度结构的应用大跨度结构在现代建筑中得到了广泛应用，主要体现在以下几个方面：1.会展中心：会展中心是大跨度结构的代表之一，其特点是空间大、无柱和灵活布局。
通过合理的结构设计和使用大跨度结构，可以提供更大的展示面积和灵活的空间分配。
2.机场终端楼：机场终端楼一般需要提供较大的空间，以应对大量旅客的需求。
大跨度结构可以提供无柱的空间，不仅能够提供较大的空间容量，还能使旅客获得更好的使用体验。
建筑大跨度结构案例分析
折板网格结构由双层正交正放网格结构构成，厚度为2.5m，采用焊接空心球 节点。管桁架与折板网格桁架之间的连接单元，与管桁架相连一端采用相贯 焊形式，另一端为焊接空心球节点
10.1张弦梁结构：延安车站雨棚
安车站站台雨棚张弦梁钢结构跨度54米，共60榀，截至11月16日， 已成功吊装14榀。
10.2张弦梁结构：张弦梁采光顶
随着国民经济的快速发展， 大型公共民用建筑的大量兴 建，建筑物的跨度越来越大， 通过门窗、幕墙玻璃进入室 内的光线越来越不能，遇到不少 技术问题，其中最为重要的 是结构支撑体系。常规的桁 架、网架、网壳等与玻璃配 合时，往往显得杆件比较粗 笨和凌乱。因此，研究开发 能与玻璃协调配合的现代张 拉结构，充分利用钢材的抗 拉强度，从而做到杆件纤细、 结构通透和造型美观，这成 为解决玻璃采光顶支撑结构 时的一个重要课题。
7.1悬索结构：北卡罗来纳州雷里
世界上第一座现代悬索结构是1953年建成体育馆 屋盖采用以两个斜放抛物线拱为边缘构件的马鞍 形正交索网，其平面尺寸92*97.该索网被公认为 第一个具有现代意义的大跨度索网屋盖结构
7.2：悬索结构：张家口通泰大桥
张家口通泰大桥是 世界上跨度最大的 下承式钢结构悬索 拱桥，也是国内第 一例主梁为下承式 钢结构悬索拱桥
悉尼歌剧院
6.2:薄壳结构：黄石新体育馆
该体育馆造型 具有不规则、 多面、薄壳结 构的特点，是 全国第二座薄 壳结构设计建 筑——第一座 是广州歌剧院。 该体育馆的最 大跨度为111 米
6.3薄壳结构：广州歌剧院
高层大跨度联体钢构吊装及变形控制施工技术
口
２ 适 用范 围
用桅杆 吊装 法解 决地 域受 限 、地 面承载 受 限 、大 型起
重机无法到位 问题 ，同时 吊装经费较低 。
（ Ｈ ｅ ａｎ ｎ Ｇ ｕ ｏ ａ ｎ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｃ ｏ ． ， ， Ｌ ｕ ｏ ｙ ａ ｎ ｇ ４ ７ １ ０ ０ ０，
Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｅ ｘ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ ，ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ
２ ０ １ ３ 年 第 ３期
第３ ９卷 总 第 １ ７ ３ 期
・
ｌ ８ ７・
２ ０ １ ３ 年 ６月
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２— ４ ０ １ １ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． ０ ８ ７
高层 大 跨 度联 体 钢构 吊装 及 变 形 控 制施 工 技 术
ｔ ｈ ｅ ｇ ｅ ｏ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｉ ｍｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｒｏ ｇ ｕ ｎ ｄ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｙ， ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｃ ｒ ｎｅ ａ ｓ ａ ｒ ｅ ｎ ｏ ｔ ａ ｖ ａ ｉ ｌ ａ ｂ ｌ ｅ ，ｔ ｈｅ ｓ ｍａ ｌ ｌ ａ ｎ ｄ ｍｅ ｄ ｉ ｕ ｍ —ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ ａ ｕ ｔ ｏ ｍｏ —
复杂高层连体结构整体稳定性分析
复杂高层连体结构整体稳定性分析发布时间：2022-09-14T07:25:08.718Z 来源：《中国建设信息化》2022年第5月第9期作者：赵红荣[导读] 随着我国工程技术的不断发展进步，城市中出现了越来越多的高层建筑，在此过程中复杂高层连体结构往往是施工难度最大的一种高层建筑赵红荣盐城市建筑设计研究院有限公司（江苏盐城 224000）摘要：随着我国工程技术的不断发展进步，城市中出现了越来越多的高层建筑，在此过程中复杂高层连体结构往往是施工难度最大的一种高层建筑，虽然其自身占地面积小、建筑使用面积大的优势使得高层建筑越来越受欢迎，但其结构的稳定性直接关乎着人们的安全。
随着高层建筑外形及内部结构越来越复杂，复杂高层连体结构的宽高比也在逐渐增加，因此作为工程设计人员应对其加以充分的关注，充分分析影响稳定性的具体因素，在不断计算与改进的同时做好稳定性的问题，以此来保证复杂高层连体结构整体稳定性的提高。
关键词：复杂高层；连体结构；整体稳定性前言：在社会不断发展过程中，高层建筑更是发生了翻天覆地的变化，其除了要满足人们日常居住、生活的需求外，在外观与结构上变得越来越复杂化。
近年来，设计人员创新了许多结构复杂、空间多变的高层建筑，对于结构复杂的高层建筑来讲，若只通过《高层建筑混凝土结构技术规程》加以判断稳定性的话，那么必将是不全面的。
因此，本文将对结构的刚重比不断减少的情况下计算效应对结构的不利影响，做好复杂高层连体结构的稳定性分析。
1 《高规》中的刚重比限值在《高规》规定中指出，针对弯剪型结构，应满足下述计算限值条件，根据弹性刚度对效应的内力进行计算，其大致的效应内力约在5%-10%；若是要考虑实际刚度折减情况的话，那么内力的增量大致为10%-20%左右。
在上述计算公式中，u所表达的是连体高层结构顶点的横向位移，而q则是整个倒三角形中荷载的最大数值代表。
2 复杂高层连体结构稳定性降低分析在高层建筑中，随着建筑高宽比的增加，其建筑自身的稳定性越来越弱，主要的破坏形式也逐渐从常见的受力破坏转为失稳破坏。
2024年浅谈大跨度建筑结构表现的建构
2024年浅谈大跨度建筑结构表现的建构随着建筑科技的不断发展，大跨度建筑结构已经成为现代建筑领域的重要研究方向。
大跨度建筑以其宏伟的气势、创新的设计理念和独特的结构表现，成为现代城市的标志性建筑。
本文将从大跨度建筑的结构特点、设计原理、实现技术等方面，探讨其建构表现。
一、大跨度建筑的结构特点大跨度建筑的结构特点主要表现为跨度大、空间开阔、受力复杂。
这类建筑往往需要承受巨大的荷载，如体育馆、会展中心、机场等公共建筑，其跨度往往超过几十米甚至上百米。
因此，大跨度建筑结构需要具备足够的承载能力和稳定性，以应对各种复杂的受力情况。
二、大跨度建筑的设计原理大跨度建筑的设计原理主要遵循“力学平衡”和“结构优化”两个基本原则。
1. 力学平衡大跨度建筑必须保证在各种荷载作用下的力学平衡。
设计师需要精确计算各种荷载的组合，包括恒载、活载、风载、地震载等，确保建筑结构在各种受力情况下都能保持稳定。
同时，设计师还需要运用力学原理，合理分配结构内部的受力，使得各构件能够协同工作，共同承担荷载。
2. 结构优化在满足力学平衡的基础上，设计师还需要对结构进行优化，以提高建筑的经济性、美观性和耐久性。
结构优化主要包括材料选择、截面尺寸优化、节点设计等方面。
设计师需要选择合适的建筑材料，如钢材、混凝土、索等，以满足结构强度和耐久性的要求。
同时，通过合理的截面尺寸优化，可以在保证结构安全的前提下，降低材料用量，提高经济效益。
节点设计也是结构优化的关键环节，节点需要具有足够的刚度和延性，以确保结构在各种受力情况下都能保持稳定。
三、大跨度建筑的实现技术大跨度建筑的实现技术主要包括预应力技术、悬索结构、空间网格结构等。
1. 预应力技术预应力技术是大跨度建筑常用的实现技术之一。
通过在结构中引入预应力，可以提高结构的承载能力和刚度，减小结构变形。
预应力混凝土结构是大跨度建筑中应用最广泛的一种结构形式，如大型桥梁、体育场馆等。
预应力混凝土结构的优点在于其具有较高的承载能力、较小的变形和良好的耐久性。
《大跨度房屋刚结构》课件
保证结构的承载能力和稳定性
2
经济性
在满足功能需求的前提下，尽可能节约材料和成本
3
美学考量
拥有良好的外观和空间感
施工要点
基础施工
确保基础的稳固和坚实
防水保温
有效防止水渗漏和保证室内舒适度
结构组装
精确的组装和连接工艺
验收评估
严格的检查和评估工作，确保质量和安全
优势与挑战
优势
创造宽敞舒适的空间、灵活性、坚固稳定的结构、 适用于多个用途
灵活的设计
可适应多种功能和用途的建筑， 满足不同需求
刚性结构
具有强大的承载能力和稳定性
应用领域
1 体育场馆
为观众提供无遮挡的视野和舒适的观赛体验
2 会展中心
容纳大规模展览和会议活动，利用空间最大化
3 机场航站楼
提供宽阔的候机区域和流畅的旅行体验
4 大型工厂
优化生产流程并提高生产效率
设计原则
1
结构安全性
挑战
复杂的设计和施工、较高的成本和维护难度、限制 性的建筑要求
发展趋势
1 可持续性
注重能源效率和环境友好
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2 数字化技术
运用BIM和VR技术增强设计和施工效率
3 工业化建造
采用模块化和预制构件，加快建造速度
《大跨度房屋刚结构》 PPT课件
本课件将深入探讨大跨度房屋刚结构的定义、特点、应用领域、设计原则、 施工要点、优势与挑战以及发展趋势。
定义
1 跨度量大
指大于15米的建筑跨度
2 结构刚度高
能够承受大荷载，并保持 稳定性
3 建筑高度低
大跨度房屋常用于宽敞的 空间，而非高层建筑
高层建筑大跨度钢结构连廊设计探索 单永安
高层建筑大跨度钢结构连廊设计探索单永安发表时间：2020-12-15T14:39:35.070Z 来源：《基层建设》2020年第24期作者：单永安[导读] 摘要：伴随着时代的不断进步与社会经济的快速发展，推动我国建筑工程建设数量日益增加，钢结构已经成为重要的建筑形式之一。
山东天元安装工程有限公司山东 276000摘要：伴随着时代的不断进步与社会经济的快速发展，推动我国建筑工程建设数量日益增加，钢结构已经成为重要的建筑形式之一。
大跨度建筑的核心是钢结构，对建筑工程质量起决定作用，因此要高度重视大跨度建筑中的钢结构设计，提高钢结构设计的合理性和严谨性，从而确保大跨度建筑工程的顺利进行。
但目前大跨度建筑钢结构设计尚且存在一些问题亟待解决，不利于大跨度建筑的发展。
基于此，本文主要针对大跨度建筑，具体阐述了钢结构设计要点。
关键词：大跨度建筑；钢结构；设计要点引言大跨度建筑是当前社会上新兴的一种建筑形式，在当今社会上有着越来越广泛应用，能够更好满足当前社会需求以及人们需求。
在大跨度建筑中钢结构具有十分重要的作用，属于建筑工程重要组成部分，但是大跨度建筑中钢结构与其它形式建筑中钢结构相比较而言存在一定差异，因此在对大跨度建筑钢结构进行设计过程中应当区别对待，从而进行科学合理设计，使钢结构质量得到保证。
1大跨度钢结构的结构体系在设计钢结构性能时需要确定性能指标，并采取相应的设计手段及计算方法对大跨度钢结构性能加以评估，保证其性能符合具体指标。
通常情况下，大跨度钢结构体系主要包括普通钢结构、空间结构、轻型钢结构体系三大类。
其中普通钢结构体系主要由钢屋架结构与钢框架结构组成。
空间结构架体系涵盖了网架（壳）结构、管桁架结构、薄膜结构、悬索结构等多种类型。
至于轻型钢结构体系则具有金属拱壳结构、门式钢结构等形式。
目前在大跨建筑工程中最常应用的是空间结构体系。
架其中网架（壳）结构、管桁架结构在艺术领域中具有较大的应用空间，因其自身质量较轻且美观性较强，常在体育馆、歌剧院等建筑结构中应用，进而展示出美好的外观结构。
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高层大跨度偏心连体结构研究李安，曹伟良，张良平（深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司，深圳 518052）摘 要：深圳某连体项目，两栋塔楼高度约87米，连接体在75米高处将两栋塔楼连接，连接形式为强连接，连接体以上还有4层住宅。
连接体采用钢桁架结构，高度7米，跨度56米，且在平面上偏置，属于大跨度的偏心连体结构。
从结构特性、荷载考虑、施工顺序优化、罕遇地震弹塑性时程分析等方面进行了深入分析，提出了具体的抗震加强措施。
其分析及设计思路可为类似的连体项目提供参考。
关键词：连体结构，强连接，大跨度，偏心，高层建筑1引言及项目概况两个或两个以上高层建筑通过连接体连接起来的结构形式，称为高层连体建筑，是一种体型复杂的高层建筑。
连体结构因其独特的几何形态，受到不少建筑师的青睐，成为建筑师们喜爱的创作手段，在建筑设计中的使用也逐渐增多。
然而现行的建筑结构规范对连体结构缺乏明确、具体的规定。
对于大跨度的偏心连体结构，在国内外更是缺少理论研究和可供参考的工程案例。
本文结合实际项目，深入研究了大跨度偏心连体结构的受力特点，提出具体的抗震加强措施，完成结构设计，为连体结构项目的分析设计积累工程经验。
本项目位于深圳，抗震设防烈度为7度（0.10g ），场地类别Ⅱ类，基本风压值0.75KN/m ²，地面粗糙度类别C 类。
项目主要功能为住宅，有一层地下室，地上共28层，其中1层裙房，27层住宅。
其中地上部分由南、北两栋塔楼组成，两栋塔楼均为剪力墙结构，高度87.4米，属于A 级高度。
两栋塔楼在23~25层经两榀桁架组成的连接体连接，连接形式为强连接[1]。
连接体为纯钢结构，桁架跨度56.000米，属于特大跨度的高层建筑。
桁架高度7.000米，桁架层以上有四层复式住宅。
由于建筑方案的限制，在平面上连接体为偏心设置，如图 3所示。
图1结构的组成 图2结构计算模型 图3桁架下弦层(23)及上弦层(25)平面作者简介：李安(1987-)，男，硕士，结构工程师2单塔模型自身特性对双塔模型的影响2.1 几何特征及模态特征《高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）》第10.5.1条规定，“连体结构各独立部分宜有相同或相近的体型、平面布置和刚度”[2]。
本项目中，两个分塔的高度均为87.40米，平面尺寸相近，北塔约为42 x 20米，南塔约为43米 x 15米；两个分塔的总质量相差20%以内，如表1所示。
表1分塔体型对比项目北塔南塔相差高度 (m) 87.4 87.4 0%平面长 (m) 41.8 42.8 2% 宽 (m) 19.9 14.95 24%质量活载质量 (t) 2558 2008 27% 恒载质量 (t) 40669 34531 18% 总质量 (t) 43227 36539 18%双塔结构的振型中会存在两个分塔相对振动的振型，在地震作用下，会造成连接体部分内力复杂。
为了减少地震作用下此种振型对结构振动反应的贡献，应尽可能使分塔的对称，保证主振型中不出现分塔相对振动的振型。
图4为本项目两个分塔的前3阶模态，两者的周期相近，模态一致。
a)北塔, T1=2.48s b)北塔, T2=2.06 s c)北塔, T3=1.88 sd)南塔, T1=2.06 s e)南塔, T2=1.90 s f)南塔, T3=1.46 s图4北塔与南塔前3个模态对比(单塔模型)2.2位移与扭转位移比两个分塔在连接体桁架下弦楼层23F及上弦楼层25F的楼层位移对比如表2所示。
从表中可以看出，两栋塔楼单独工作时，沿Y方向，23F~25F楼层位移差较小，为1~3mm；而沿X方向，出现了相对较大的变形差，为5~12 mm。
在实际的连体结构中，这些变形差将由连接体来协调。
a)X向风荷载 b)Y向风荷载 c)X向地震作用 d)Y向地震作用图5单塔模型与多塔模型楼层位移对比图5为单塔模型与多塔模型在风荷载及地震作用下的楼层位移对比曲线。
从图中可以看出，在风荷载作用下，两栋塔楼由于钢桁架的连接作用而变形协调，沿钢桁架跨度方向（Y向）的楼层位移一致，刚度增加，因此多塔d:\00-Projects\20150309科研课题\期刊投稿\第24届全国高层建筑结构学术交流会\修改格式d:\00-Projects\20150309科研课题\期刊投稿\第24届全国高层建筑结构学术交流会\修改格式模型的楼层位移小于单塔模型的位移，见图 5- b)。
沿X方向，由于钢桁架以及其上4层复式增加了风荷载的受风面积，风荷载增大，而连接体对结构X方向整体刚度贡献较小，因此多塔模型的楼层位移大于单塔模型的位移，见图 5-a)。
在地震作用下，沿钢桁架跨度方向（Y向），多塔模型中，两栋塔楼由于钢桁架的连接作用而变形协调，楼层位移一致，刚度增加，因此位移比单塔模型小，见图 5- d)。
沿X方向，多塔模型中两栋塔楼的刚度与单塔模型相比变化不大，但连接体的质量增加了地震力，因此其楼层变形相比单塔模型较大，见图 5- c)。
多塔模型与单塔模型层间位移比的对比见图6所示。
从图中可以看出，由于钢桁架的连接作用，多塔模型中，塔楼一般楼层的扭转刚度得到增强，最大层间位移比与平均层间位移比的比值相对单塔模型得到明显改善，见图6。
然而，在钢桁架连接体所在的楼层（22F~24F），沿钢桁架跨度方向（Y方向）的偶然偏心地震作用下，由于整体结构平面狭长的几何特点，以及结构偏心的连接，钢桁架的连接作用使两栋塔楼变形协调的趋势，产生了比单塔模型明显较大的扭转位移比，见图 6-c)~d)。
表2在连接体相应楼层分塔的楼层位移对比工况楼层位移(mm)相差北塔(23F) 南塔(23F)EX 33.25 20.50 12.75(38%) EY 21.22 19.33 1.89(9%) WINDX 18.60 13.66 4.94(27%) WINDY 23.11 25.59 2.48(11%) 工况北塔(25F) 南塔(25F) 相差EX 34.47 21.98 12.49(36%) EY 23.02 21.15 1.87(8%) WINDX 19.85 14.60 5.25(26%) WINDY 25.15 28.05 2.9(12%)EX+5%偶然偏心 EX-5%偶然偏心 EY+5%偶然偏心 EY-5%偶然偏心图6多塔模型与单塔模型层间位移比对比3连接体设计及分析对于连体结构，国内外广泛采用的连体方式主要有两种，即强连接[1]和弱连接[3]。
弱连接多适用于低位、小跨的连接，在支座处设置限位隔震垫，舒适度相对较差，使用功能受限。
且已有的震害表明，大震作用下滑动弱连接塌落情况严重，可能存在安全隐患。
本项目主要功能为住宅，连接体跨度56米，属于大跨连体结构，连接体本身具有连廊功能，但连接体之上还有4层复式住宅，对舒适度要求较高。
综合考虑，本项目采用强连接方案。
结合建筑方案，连接体桁架的立面设计见图7所示。
桁架杆件尺寸见表3所示。
3.1 不利风况的考虑连接体是连体结构的关键部位，在外部荷载下，其受力和变形非常复杂。
在设计分析中，必须充分考虑其所有不利工况。
而本项目属于大跨度连体结构，目前现有规范无此种风载结构体型，荷载规范规定的风振系数不符合此类结构，国内对此类连体结构风振影响缺少理论及实验分析。
由于缺乏风洞实验数据，为考虑分析两塔在风荷载下的相互影响，按最不利的可能风载及风载组合，进行分析设计。
表3连接体桁架杆件尺寸杆件截面端部中部截面材料截面材料上、下弦杆BOX 700x1000x50 Q390 BOX 700x1000x40 Q345 斜腹杆BOX 700x500x50 Q390 H 500x500x30x40 Q345 竖向腹杆H 500X500X40X40 Q345 H 500X500X40X40 Q345图7桁架立面提取单塔模型下，两栋塔楼的风荷载数据，作为多塔模型的风荷载输入依据。
考虑可能出现的最不利工况，如图8所示。
考虑到不同的风工况对塔楼本身影响较小，整体分析时，考虑风工况WX与WY，即图 8 –a)~ b)所示。
对连接体及影响范围内塔楼的部分构件，其他工况可能产生较大影响，分析时增加考虑WX1、WX2、WX3、WY1、WY2等工况。
a)WX b)WY c)WX1 d)WX2a)WX1 b)WY1 c)WY2图8考虑的不利风工况3.2连接体承载力验算分别对构件的正应力及剪应力进行分析，采用P-M Ratio及Shear Ratio以比值的形式对承载力进行表述，即需求/构件承载能力。
如P-M Ratio (Shear Ratio)＞1，则构件承载力不足。
对风、小震所有组合下桁架进行包络设计（作为转换构件，桁架水平地震作用下内力按转换梁要求放大1.6倍），得出的P-M Ratio及Shear Ratio（以一榀完整桁架为例）如图9所示。
对中震弹性所有组合下桁架进行包络设计，如图 10所示，连接体构件剪应力较小，构件承载力为正截面承载力控制。
中震作用下杆件应力与风、小震组合下相近，中震组合下构件依然保持弹性状态。
桁架两端下弦杆压应力水平大，无承载力富余度。
由以上分析结果可知，连接体受力有如下特点：1) 连接体构件剪应力较小，构件承载力由正截面承载力控制；2)在基本组合工况作用下，桁架下弦杆两端受压，中部受拉；3）桁架下弦杆两端有很大的轴力和弯矩，P-M Ratio最大值接近1.0，基本达到构件承载力限值；4）跨中下弦杆拉应力P-M Ratio最大值不超过0.40。
图9连接体桁架风、小震组合下正应力强度验算 P-M Ratio （立面）图10连接体桁架中震组合下正应力强度验算P-M Ratio （立面）图11重力荷载下连接体桁架正应力强度验算P-M Ratio （立面）3.3施工顺序的优化进行考察，如图11所示。
重力荷载作用下，桁架两端下弦杆压应力P-M Ratio 最大为0.605。
从桁架整体来看，重力在荷载组合中占有很大的权重，达到60%~70%。
为了降低端部下弦杆的受力，需要通过优化施工顺序来改变重力荷载作用下端部下弦杆所受的压力和弯矩。
在正常工作下，桁架下弦杆端部弦杆的应力过大，中部弦杆应力较小，而应力的主要贡献来源于重力荷载。
因此，为增加端部弦杆的安全储备，同时更充分利用中部弦杆的承载力，对连接体桁架的施工顺序进行优化。
如图12所示，优化后施工顺序具体如下:1) 塔楼施工完毕；2) 连接体施工，仅上弦杆铰接，下弦杆保持脱开；3) 连接体上部复式层结构施工，主体施工完毕，桁架竖向变形充分；4) 将上弦杆刚接，下弦杆刚接；5) 建筑幕墙及装饰工程。
接体的施工顺序优化后，连接体及其以上所有层结构施工完毕时，钢桁架仅上弦杆与塔楼支座铰接，桁架端部释放转角变形，不承受弯矩；弯矩转移至跨中杆件。