连体高层建筑结构抗震设计分析

连体高层建筑结构抗震设计分析

发表时间：2018-01-02T15:03:53.607Z 来源：《建筑知识》2017年24期作者：周康

[导读] 通过在建筑塔楼之间设置连体的方式，将不同建筑连接成一个整体，赋予建筑独特的外形以及强烈的视觉效果。

（保定市城乡建筑设计研究院河北保定 071000）

【摘要】连体高层建筑是现代高层建筑中一种比较特殊的形式，其连体结构处于高空，跨度相对较大，工艺复杂，加上结构在塔楼之间形成的空间藕连作用，使得建筑整体的受力特性较一般高层建筑更加复杂，容易受到地震应力的影响，需要做好结构抗震设计。本文结合具体的工程实例，对连体高层建筑结构抗震设计进行了分析和探讨。

【关键词】连体高层建筑；结构；抗震设计

【中图分类号】TU201 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2017）24-0025-02

1.前言

在经济发展的带动下，人们对于建筑结构的要求也在不断变化，通过在建筑塔楼之间设置连体的方式，将不同建筑连接成一个整体，赋予建筑独特的外形以及强烈的视觉效果。不过连体建筑两侧的塔楼在刚度上存在一定的差异性，不同的连接方式也会影响结构整体的性能，使得其受力性能非常复杂。

2.工程概况

河北省某连体高层属于地方性标志建筑，主楼分为左右两部分，共15层，在10-11层位置采用跨度60m的连廊连接，建筑平均高度58m，最大高度62m，建筑总面积达到了3.1万㎡。为了减少对于基础的荷载，建筑采用了框架-剪力墙结构，主楼的平面形状为L形，基本为对称结构。建筑设计场地类别Ⅱ类，抗震设防烈度为8度。

3.抗震设计

3.1 设计原则

连体高层建筑属于典型的复杂结构，在进行抗震设计时，应该严格遵循我国对于高层建筑的抗震设防要求，坚持做到小震不坏、中震可修、大震不倒。考虑到该建筑的抗震设防烈度为8度，不能简单的采用强连接的方式，而是应该采用强节点、弱杆件的连接方式，保证节点部分能够处于弹性阶段，将弹塑性变形全部集中在连接体内部，这样当杆件的刚度较大时，可以通过适当削弱杆件部分区段的方式，提升其耗能能力和变形能力，保证节点安全[1]。

3.2 设计方案

（1）确定结构方案：在对连体高层建筑的结构进行设计时，应该尽可能采用规则、对称的结构形式，减少受力结构的凸点，继而避免出现由点破面的情况。在高层建筑抗震设计中，需要考虑的内容较多，如建筑整体的层数、楼层高度、施工材料、工艺技术以及建筑本身的功能需求等。在连体高层建筑中，由于结构受力复杂，抗震设计需要做到多重设防，包括节点抗震、构件抗震以及框架抗震等，具体来讲，可以选择具备良好延展性的结构构件，或者在充分保证结构刚度和稳定性的前提下，通过材料的合理选择或者结构的优化设计，削减楼体的自重，提升建筑整体的抗震能力，确保在地震发生时，能够将建筑受到的影响降到最低。

（2）确定楼体性能：连体高层建筑通常都要求较大的内部空间，同时也需要具备较高的抗水平力刚度，框架结构能够满足前者，剪力墙则能够满足后者。在这种情况下，同时考虑建筑高宽比和使用高度的要求，最终确定建筑结构为钢混框架-剪力墙结构。依照我国现行的《高层建筑混凝土结构技术规程》的相关要求，在进行结构设计时，应该采用双向抗侧力体系，尽可能保持两侧刚度的一致性，确保剪力墙能够在建筑周边均匀布设，对建筑全高进行贯通，沿建筑的高度逐步减薄，防止出现刚度突变的问题。需要注意的是，在框架结构中，必须对剪力墙的数量进行合理控制，数量过多不仅会造成材料的浪费以及重量的增大，还会增加建筑结构的刚度以及对地震的反应，削弱了结构的抗震性能；数量过少则会影响剪力墙抗侧性能的发挥，导致水平应力大部分被框架承担，影响结构受力的合理性[2]。（3）确定连接结构：连接结构是连体高层建筑的中心，其所连接的两个建筑在刚度上可能有所不同，如果建筑整体对称，连接体的存在对于结构整体并不会产生过于强烈的影响，结构的受力相对稳定。但是，如果被连接的两个建筑为不对称结构，则连接体的存在会对依照建筑的刚度，对应力进行重新分配，无论是对于建筑的结构还是整体受力，都会产生非常显著的影响。结构的不对称虽然受设计因素影响巨大，但是并非单纯的来自于设计的不对称，也会受到建筑材料、施工技术等的影响，在进行结构设计时，需要对其进行综合考虑。

3.3 强化措施

即使采用了建筑设计，在建筑结构中依然会存在一些相对薄弱的区域，这些区域往往会成为影响结构整体稳定性的和抗震能力的关键，需要做好必要的强化加固[3]。

（1）塔楼薄弱区域加固：对于直接与连接体相连的梁柱，应该在原本的设计基础上，将抗震等级提升一级，以钢骨混凝土延伸到顶层，并且严格依照相关规范的要求对轴压比进行控制。连接体的钢梁可以直接深入到塔楼，并且继续延伸到第二跨，与剪力墙或者柱体相互连接。为了切实保证地震作用下连接体与塔楼的可靠连接，需要对其锚固进行适当强化。在连接体连接的第二跨梁端，应该做好相应的抗弯和抗剪设计，对箍筋进行加粗加密，提升剪力墙水平筋的强度。在连接体层，应该适当增加楼板的厚度，在该工程中选择150mm厚度的钢筋混凝土楼板，采用双层双向配筋的设计，确保每一层以及每一个方向上的配筋率在0.3%以上。

（2）消能减震加固：结构阻尼和地震作用成反比关系，从这个角度分析，通过增加结构阻尼的方式，能够有效减少地震作用，降低结构对于地震的反应。在工程实践中，消能减震加固法主要是通过在结构变形相对较大的位置，设置阻尼器，通过消减地震能的方式来实现减震。阻尼器的存在，会在一定程度上增大建筑结构整体的阻尼，降低结构在水平和垂直方向的地震作用，对结构在地震作用下可能出现的变形进行有效控制，确保建筑即使遭遇较大的震动，也不至于出现严重损坏[4]。

（3）隔震加固：应该认识到，地震应力与高层建筑结构之间的作用是相互的，当结构周期延长时，其刚度会相对削弱，减少结构对于地震的抵抗能力。从该工程的具体情况分析，应该做好相应的隔震加固，选择铅芯橡胶隔震这种最为典型的加固方式，运用铅芯和橡胶本身较高的阻尼值和较大的水平表型，对地震作用下的震动能量进行吸收，实现地基部分与上层结构的相互隔离，降低连体高层建筑结构的整体受力，提升结构的稳定性和抗震性能。

（4）外加构件加固：外加构件法在既有建筑的抗震性能强化方面应用较为广泛，其基本原理，是在建筑结构构件外部，增设相应的