有关高层建筑连体结构设计受力特点设计要点

有关高层建筑连体结构设计受力特点与设计要点的探讨摘要: 高层建筑连体结构可使建筑型体更具特色。但由于连体的存在，给高层结构的分析和设计提出了更高的要求。本文就复杂高层建筑连体结构设计受力分析与设计要点进行探讨。

关键词：复杂高层建筑；连体结构；受力分析；设计要点

引言

连体建筑气势宏伟，深受群众喜爱。但由于连体结构的存在，使得原来彼此独立的各单体结构成为一个复杂结构系统中的一部分，这就给高层结构的分析和设计提出了更高的要求：如何高效、准确地对复杂高层连体结构体系进行分析和设计，己成为一个急侍解决的重要课题。笔者根据多年的工作经验，就这方面的设计心得加以探讨，希与同行共同切磋。

一、连体结构的形式及特点

目前，连体高层建筑结构主要有两种形式。第一种形式称为架空连廊式，既两个结构单元之间设置一个(层)或多个(层)连廊，连廊的跨度从几米到几十米不等，连廊的宽度一般约在10m之内；另一种形式称为凯旋门式，整个结构类似一个巨大的“门框”，连接体在结构的顶部若千层与两端“门柱”(既两侧结构)连接成整体楼层，连接体的宽度与两侧门柱的宽度相等或接近，两侧“门柱”结构一般采用对称的平面形式，具体结构示意图见图1所示。

图1 连体结构凯旋门式结构

二、连体结构的受力特点

连体结构的受力比一般单体结构或多塔楼结构更复杂，主要表现在如下几个方面：

1、结构扭转振动变形较大，扭转效应较明显。

由计算分析及相关的振动台试脸说明，连体结构自振振型较为复杂，前几个振型与单体结构有明显区别，除顺向振型外，还出现反向振型，扭转振型丰富，扭转性能差，在风荷载或地震作用下，结构除产生平动变形外，还会产生扭转变形；同时，由于连接体楼板的变形，两侧结构还有可能产生相向运动，该振动形态与整体结构的扭转振动藕合，当两侧结构不对称时，上述变形更为不利.当第一扭转频率与场地卓越频率接近时，容易引起较大的扭转反应，易使结构发生脆胜破坏。

对多塔连体结构，因体型更复杂，振动形态也将更为复杂，扭转效应更加明显。

2.连体结构中部刚度小，而此部位混凝土强度等级又低于下部结构，从而使结构薄弱部位由结构底部转移到连体结构中场楼（两侧结构)的中下部，设计中应予以充分注意。

3、连接体部分受力复杂。

连接体部分是连体部位的关键部位，受力复杂。连接体一方面要协调两侧结构的变形，另一方面不但在水平荷载作用下承受较大的内力，当连接体跨度较大，层数较多时，竖向荷载(静力)作用下的内力也很大。同时，竖向地震作用也很明显。

4、连接体结构与两侧结构的连接是连体结构的又一关键问题。

连接部位受力复杂，应力集中现象明显，易发生脆性破坏。如处理不当，将难以保证结构安全。

历次地震中，连体结构的度害都较为严重，特别是架空连廊式连体结构。两个结构单元之间有多个连体的，高处连廊首先塌落，底部的连廊有的没有塌落。

两个结构单元高度不等或体型、平面和刚度不同，则连体结构破坏尤为严重。

三、连体结构的设计要点

基于上述分析，高层建筑连体结构在设计时，应该注意以下事项：

1、连体结构各独立部分宜有相同或相近的体型、平面和刚度。其中，7度、8度抗震设计时，层数和刚度相差悬殊的建筑不宜采用连体结构。

2、连体结构的整体及各独立部分结构平面布置应尽可能简单、规则、均匀、对称，减少偏心。抗侧力构件布置宜周边化，以增大结构的抗扭刚度。

3、连接体部分是连体结构的关键部位，设计中应注意以下几点：

(1)连体结构的连接体宜按中震弹性设计，既地震作用下的内力按中震进行计算。

(2)应尽量减轻连接体部分结构自重，应优先采用钢结构析架，也可采用钢筋、型钢混凝土架、型钢混凝土梁等结构形式。

当连接体包含多个楼层时，最下面的一层宜采用钢结构析架结构形式，并应加强最下面的1-2个楼层的设计和构造措施。

(3)架空的连接体对竖向地震的反应比较敏感，尤其是跨度较大、层数较多的连接体对竖向地震的反应更加敏感。所以，连体结构的连接体部分应考虑竖向地震的影响。近似计算时，竖向地震作用的标准值可取连接体部分重力荷载代表值的10% (8度抗震设计)，并按各构件所分担的重力荷载代表值的比例进行分配。

(4)连接体部分的楼板厚度不宜小于150mm，并应用于双层双向配筋，每层每方向的配筋率不宜小于0.25%.连接体部分的端跨梁截面尺寸宜适当加大。

(5)抗震设计时，钢筋混凝土结构的连接体及与连接体相连的两侧结构构件的抗震等级应提高一级采用，一级提高至特一级，如构件原抗震等级已经为特一级则不再提高。

以下以某工程实例为例，介绍连体结构的主要计算参数。

（1）结构计算分析

采用了same和etabs两种不同计算模型的计算分析程序，对该工程进行了弹性及弹塑性分析，计算中采用分块刚性楼板加弹性板(连体部位)模型。分析结果如下所图2所示。

图2 分析模型示意图

（2）弹性静力整体计算方法。

本工程由两栋高层塔楼组成，建筑高度120m，基本风压：w。=90 kn / mz；地震烈度：地区地震基本烈度：7度，设计地震基本加速

度值：0. l:g，设计地震分组：第一组，拟建场地土类型属中硬土。为满足建筑功能要求，两栋塔楼在顶部位置设三层连廊连接，连廊层高6 m，连廊跨度35m。本次分析中分别采用same和etabs程序，其弹性静力整体计算结果见表1所示：

表1 连体结构周期、位移、刚度比计算结果

总结

连体结构体型较复杂，其连接体受力更为复杂。在地震作用下，连体结构的连接体易形成薄弱部位，破坏较严重。其具体设计时，应充分考虑以下几点：

（1）宜结合工程实际情况，对连体结构进行优化设计，确定比较合理的结构设计方案。计算结果表明，本工程所选的低位弱连接方式是较合理的。

（2）连接体对竖向地震的反应比较敏感，抗震设计时应根据相应规范要求考虑竖向地震的影响。

（3）连体结构振型较为复杂，宜整体建模对结构进行详细分析。同时连体结构扭转性能差，扭转振型丰富，水平地震作用计算时应考虑双向水平地震作用下的扭转效应.

（4）支座部位承载力设计时宜按考虑罕遇地震作用的最不利内力进行，支座滑移量应满足在罕遇地震作用下的位移要求。

参考文献

【1】徐培福.复杂高层建筑结构设计/m1.北京:中国建筑工业出版社，2005:314-357