高層建筑連體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

1、<p>　　高層建筑連體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討</p><p>　　摘要：連體建筑是指由設(shè)置在一定高度處連接體相連接的兩個(gè)或多個(gè)建筑單體組成的建筑集群。由于連體的存在，使得原來彼此獨(dú)立的各單體結(jié)構(gòu)成為一個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的一部分。這就給高層結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)提出了更高的要求。如何高效、準(zhǔn)確地對(duì)復(fù)雜高層多塔樓連體結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，已成為一個(gè)急待解決的重要課題。 </p><p>　　關(guān)鍵詞

2、：高層建筑 連體結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU208文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　連體結(jié)構(gòu)是指除裙樓以外，兩個(gè)或兩個(gè)以上塔樓之間帶有連接體的結(jié)構(gòu)。連體結(jié)構(gòu)是高層建筑中較為薄弱的部分，這對(duì)高層連體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。震害經(jīng)驗(yàn)表明，地震區(qū)的連體高層建筑破壞嚴(yán)重，兩個(gè)主

3、體結(jié)構(gòu)高度不相等或體型、面積和剛度不同時(shí)，連體破壞尤為嚴(yán)重。因此，連體高層建筑是一種抗震性能較差的復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式。例如吉隆坡的雙子塔，圖1所示 </p><p><b>　　圖1吉隆坡雙子塔 </b></p><p>　　一、連體結(jié)構(gòu)的形式及特點(diǎn) </p><p>　　在高層建筑設(shè)計(jì)中，出于使用功能或立面效果造型上的需要，連體結(jié)構(gòu)日漸增多。連體結(jié)

4、構(gòu)有底部相連、中部相連、頂部相連等多種形式。其受力比一般單體結(jié)構(gòu)或多塔結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。目前連體高層建筑結(jié)構(gòu)主要有兩種形式。 </p><p>　　1、架空連廊式如圖2，既兩個(gè)結(jié)構(gòu)單元之間設(shè)置一個(gè)（層）或多個(gè)（層）連廊，連廊的跨度從幾米到幾十米不等，連廊的寬度一般約在10m 之內(nèi)。架空連廊式連體結(jié)構(gòu)的連接體部分結(jié)構(gòu)較脆，基本不能協(xié)調(diào)連接體兩側(cè)的結(jié)構(gòu)共同工作，故一般做成弱連接。既連接體一端與結(jié)構(gòu)鉸接，一端做成滑動(dòng)支座；

5、或兩端均做成滑動(dòng)支座。 </p><p><b>　　圖2架空連廊式 </b></p><p>　　2、凱旋門式如圖3，既整個(gè)結(jié)構(gòu)類似一個(gè)巨大的“門框”，連接體在結(jié)構(gòu)的頂部若干層與兩端“門柱”（既兩側(cè)結(jié)構(gòu)）連接成整體樓層，連接體的寬度與兩側(cè)“門柱”的寬度相等或接近，兩側(cè)“門柱”結(jié)構(gòu)一般采用對(duì)稱的平面形式。凱旋門式連體結(jié)構(gòu)的連接體部分一般包含多個(gè)樓層，具有足夠的剛度，可

6、協(xié)調(diào)兩側(cè)結(jié)構(gòu)的受力、變形，使整個(gè)結(jié)構(gòu)共同工作，故可做成強(qiáng)連接。如兩端均為剛接或鉸接等。 </p><p><b>　　圖3凱旋門式 </b></p><p>　　二、連體結(jié)構(gòu)的受力分析 </p><p>　　連體結(jié)構(gòu)的受力比一般單體結(jié)構(gòu)或多塔樓結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面： </p><p>　　1、結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)變

7、形較大，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較明顯。由計(jì)算分析及同濟(jì)大學(xué)等單位進(jìn)行的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)說明，連體結(jié)構(gòu)自振振型較為復(fù)雜，前幾個(gè)振型與單體結(jié)構(gòu)有明顯區(qū)別，除順向振型外，還出現(xiàn)反向振型，扭轉(zhuǎn)振型豐富，扭轉(zhuǎn)性能差。在風(fēng)荷載或地震作用下，結(jié)構(gòu)除產(chǎn)生平動(dòng)變形外，還會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形；同時(shí)，由于連接體樓板的變形，兩側(cè)結(jié)構(gòu)還有可能產(chǎn)生相向運(yùn)動(dòng)，該振動(dòng)形態(tài)與整體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)耦合。當(dāng)兩側(cè)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱時(shí)，上述變形更為不利。當(dāng)?shù)谝慌まD(zhuǎn)頻率與場(chǎng)地卓越頻率接近時(shí)，容易引起較大的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)，

8、易使結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞。對(duì)多塔連體結(jié)構(gòu)，因體型更復(fù)雜，振動(dòng)形態(tài)也將更為復(fù)雜，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)更加明顯。 </p><p>　　2、連體結(jié)構(gòu)中部剛度小，而此部位混凝土強(qiáng)度等級(jí)又低于下部結(jié)構(gòu)，從而使結(jié)構(gòu)薄弱部位由結(jié)構(gòu)底部轉(zhuǎn)移到連體結(jié)構(gòu)中塔樓（兩側(cè)結(jié)構(gòu)）的中下部，設(shè)計(jì)中應(yīng)予以充分注意。 </p><p>　　3、連接體部分受力復(fù)雜。連接體部分是連體部位的關(guān)鍵部位，受力復(fù)雜。連接體一方面要協(xié)調(diào)兩側(cè)結(jié)構(gòu)的變形

9、，另一方面不但在水平荷載（風(fēng)及地震作用）作用下承受較大的內(nèi)力，當(dāng)連接體跨度較大，層數(shù)較多時(shí)，豎向荷載（靜力）作用下的內(nèi)力也很大，同時(shí)，豎向地震作用也很明顯。 </p><p>　　4、連接體結(jié)構(gòu)與兩側(cè)結(jié)構(gòu)的連接是連體結(jié)構(gòu)的又一關(guān)鍵問題。連接部位受力復(fù)雜，應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，易發(fā)生脆性破壞。如處理不當(dāng)將難以保證結(jié)構(gòu)安全。 </p><p>　　歷次地震中連體結(jié)構(gòu)的震害都較為嚴(yán)重，特別是架空連廊

10、式連體結(jié)構(gòu)。兩個(gè)結(jié)構(gòu)單元之間有多個(gè)連廊的，高處連廊首先塌落，底部的連廊有的沒有塌落；兩個(gè)結(jié)構(gòu)單元高度不等或體型、平面和剛度不同，則連體結(jié)構(gòu)破壞尤為嚴(yán)重。 </p><p>　　三、連體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn) </p><p>　　1、連體高層建筑的自振振型較為復(fù)雜，有順向振型和反向振型。高層建筑的連體原因讓各樓塔之間的振動(dòng)相互耦合，結(jié)構(gòu)沿豎向的剛度和質(zhì)量也因連接體的設(shè)置分布也不均勻，以致連體結(jié)構(gòu)自

11、振振型復(fù)雜。連體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)性能差，且扭轉(zhuǎn)振型也豐富多樣，尤其是在地震作用下扭轉(zhuǎn)反應(yīng)很大，結(jié)構(gòu)延性較差，容易發(fā)生脆性破壞。連體高層建筑應(yīng)采用三位空間分析方法進(jìn)行整體計(jì)算，主體結(jié)構(gòu)與連接體均應(yīng)參與整體分析； </p><p>　　2、架空的連接體對(duì)屬相地震的反應(yīng)比較敏感，尤其是跨度較大、自重較大的連接體的豎向地震反應(yīng)很明顯。通過大量的震害經(jīng)驗(yàn)，豎向地震力造成的破壞在各次地震中是普遍、客觀存在的，建筑設(shè)計(jì)規(guī)范制定的重要

12、原則是取建筑設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的最不利荷載作為設(shè)計(jì)依據(jù)。在地震震中區(qū)，地震震動(dòng)主要是以豎向震動(dòng)為主，也起了明顯的主要破壞作用，因此一般建筑在9 度抗震設(shè)計(jì)，連接體結(jié)構(gòu)在8 度抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮豎向地震荷載和水平地震荷載的共同作用。其豎向地震作用計(jì)算方式應(yīng)按振型分解法或時(shí)程分析法。如為近似考慮，則其豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值可取連接體重力荷載代表值的10%，并按構(gòu)件所分擔(dān)的重力荷載值得比例進(jìn)行分配； </p><p>　　3、

13、連體結(jié)構(gòu)及相鄰結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級(jí)：抗震等級(jí)是多層和高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、構(gòu)件進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)計(jì)算和確定構(gòu)造措施的設(shè)計(jì)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，不同結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有不同的抗震等級(jí)要求。此外，同一結(jié)構(gòu)的不同部位其抗震要求應(yīng)區(qū)別對(duì)待。在做連接體的抗震等級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在原設(shè)計(jì)等級(jí)基礎(chǔ)上提高一級(jí)。若原抗震等級(jí)為特一級(jí)則不再提高； </p><p>　　4、連接體結(jié)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)造措施。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足“小震不壞，大震不倒”的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)?？拐鹪O(shè)計(jì)更重要的是注

14、重概念設(shè)計(jì)，即“三分計(jì)算，七分構(gòu)造”，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)結(jié)構(gòu)中薄弱部位進(jìn)行加強(qiáng)。 </p><p>　　5、應(yīng)考慮不同材料連接體結(jié)構(gòu)的抗震、減震的一系列問題。人們對(duì)建筑功能的要求日益俱增，建筑結(jié)構(gòu)形式也隨之變得復(fù)雜。主要體現(xiàn)在： </p><p>　　鋼連廊連接方式常被使用； </p><p>　?。?）不同材料、不同結(jié)構(gòu)類型組成的組合結(jié)構(gòu)； </p>&

15、lt;p>　?。?）在結(jié)構(gòu)的薄弱部位加設(shè)耗能器，形成受控結(jié)構(gòu)體系。高層連體結(jié)構(gòu)建筑的兩側(cè)塔樓或各獨(dú)立部分宜有相同或相近的體型和剛度，7 度、8 度抗震設(shè)計(jì)時(shí)，在質(zhì)量和剛度相差較大的兩側(cè)結(jié)構(gòu)，不宜簡(jiǎn)單采用強(qiáng)連接方式，應(yīng)采用彈塑性靜力或動(dòng)力分析方法。 </p><p>　　6、計(jì)算分析評(píng)估?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定: 復(fù)雜型體的高層建筑分析應(yīng)符合以下要求： </p><p>

16、　?。?）至少采用兩種計(jì)算模型的三維空間軟件對(duì)其整體內(nèi)力位移進(jìn)行分析；連體結(jié)構(gòu)連接部位因構(gòu)造特殊、受力復(fù)雜，宜采用有限元模型進(jìn)行建模整體分析，對(duì)連接體部位應(yīng)采用彈性樓蓋進(jìn)行計(jì)算； </p><p>　　（2）當(dāng)考慮抗震計(jì)算時(shí)，平扭耦聯(lián)計(jì)算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)予以考慮，考慮振型數(shù)應(yīng)大于等于15，多塔樓結(jié)構(gòu)振型數(shù)應(yīng)大于塔樓數(shù)的9 倍，且計(jì)算振型數(shù)應(yīng)使振型參與質(zhì)量大于等于總質(zhì)量的90% ； </p><p

17、>　　（3）應(yīng)用彈性時(shí)程方法分析計(jì)算； </p><p>　?。?）薄弱層彈塑性變形宜采用彈塑性靜力或動(dòng)力分析方法驗(yàn)算。 </p><p><b>　　結(jié)束語 </b></p><p>　　在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，連體結(jié)構(gòu)較為常見，連體結(jié)構(gòu)有其設(shè)計(jì)的特定原則，同時(shí)，在計(jì)算等方面也要嚴(yán)格按照程序操作。高層建筑連體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還是有很多方面的問

18、題值得我們?nèi)ヌ接?。在今后高層建筑連體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一方面，我們要注意設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，注重設(shè)計(jì)的質(zhì)量。另一方面，我們要科學(xué)進(jìn)行計(jì)算，合理展開管理工作。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]黃志華,呂西林,周穎等.連體結(jié)構(gòu)的模擬地震振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2009,30(5) </p><p>