某雙塔連體綜合樓的結構設計簡析

李 凱 劉文良

1 工程概況

該綜合樓位于太原市經濟開發區，地下 2層，地上 10層，總高43.2m，東西向 72m，南北向 25m。該結構地面以上 4層為底盤，5層以上為兩個塔樓，在 8層 ～9層采用型鋼混凝土結構將兩塔樓相連。連廊跨度為 18m，寬度 8m。本工程選用整體現澆鋼筋混凝土框架—剪力墻結構體系，結合樓梯間和電梯間布置剪力墻。此工程抗震設防烈度為 8度，地震基本加速度值為 0.2g，Ⅲ類場地土，設計地震分組為第一組，地震影響系數最大值αmax= 0.16，結構阻尼ξ=0.05，場地特征周期為0.45 s。

該工程連體部分與主體結構采用強連接形式進行設計。根據JGJ 3-2002高層建筑混凝土結構技術規程，此工程為大底盤雙塔連體結構，體型特殊，受力復雜，屬于復雜高層建筑結構。尤其是雙塔之間的連體部分，是結構設計中的關鍵部位。

2 結構分析

本工程為大底盤雙塔連體結構，體型復雜，局部存在SRC結構，按規范要求應采用兩個不同力學模型的三維空間分析軟件進行多遇地震作用下的內力和變形分析。本工程采用SATWE和PMSAP軟件進行分析和相互校核。地震作用計算方法采用振型分解反應譜法和多遇地震下的時程分析補充計算。在采用 SATWE軟件進行計算時，振型數取 18，同時考慮雙向地震和偶然偏心作用，并將連體部分樓板定義為彈性膜?？蚣芸拐鸬燃墳槎墸袅拐鸬燃墳橐患?。

1)SATWE軟件主要計算結果見表1。

表1 SATWE軟件主要計算結果

計算結果均滿足規范要求。

2)雙塔的地震響應分析。

《高規》規定，連體結構各獨立部分宜有相同或相近的體型，平面和剛度，否則可能導致更為復雜的地震響應。在 33所綜合樓項目設計中發現，剛度較弱的塔體由于在地震作用下的位移較大，由SATWE計算結果中的結構整體空間振動簡圖可以看出塔體與連體結構的連接處變形過大(如圖1所示)，可能導致混凝土開裂。因此，在進行多塔連體結構設計時，盡量通過調整剪力墻的截面和布置使得各塔的側向剛度接近，這樣可以盡量減少地震對結構的不利作用。關于各塔結構的地震反應也可以通過反應譜分析結果估算。以本工程為例，在圖 2中給出反應譜計算的地震作用下的最大樓層位移角曲線，如果各塔的抗側剛度相等，則曲線應該基本吻合;假如抗側剛度不等，則曲線會出現分支。根據最大樓層位移曲線可以看出，X向兩塔剛度基本相同，Y向在 7層 ～9層塔1剛度大于塔 2，兩塔的側向剛度不同會導致結構的動力反應加劇，兩塔的動力特性不同也會進一步加劇地震反應。所以要盡量調整使7層～9層兩塔 Y向剛度接近，本工程經調整梁，柱，剪力墻的布置及幾何尺寸，使塔1在 7層 ～9層最大位移約為塔 2的80%，兩塔剛度基本達到接近。因塔 2剛度較小，Y向位移較大，且局部柱子出現較大有害位移，所以將塔 2中 7層～9層柱箍筋全長加密，并提高主體結構外圍剪力墻的豎向配筋率至 0. 5%。地震作用下樓層最大剪力曲線見圖 3。

3 雙塔連體結構關鍵部位的結構設計及構造措施

1)連體部分的設計。連體結構屬于不規則結構，根據《高規》抗震設計時，連接體及與連體相連的結構構件的抗震等級提高一級采用，本工程與連體部分相連的剪力墻抗震等級設為特一級，框架柱設為一級，連體部分梁抗震等級設為一級。連體部分是連體結構關鍵部位，其受力比較復雜，一方面要協調兩側結構的變形，在水平荷載作用下承受著較大的內力，另一方面由于本身跨度較大，除豎向荷載作用外，豎向地震作用影響也較明顯[3]。在設計中，通過方案比較，調整連接體的剛度，使之能協調兩塔樓的剛度，控制整體結構的扭轉變形。連體部分主受力結構采用型鋼混凝土結構。太原為 8度區，連接體考慮豎向地震作用且采用中震彈性設計方法，以保證關鍵部位在中震作用下無損傷，在罕遇地震作用下延遲進入屈服狀態。連接體為 2層，經計算最底層采用 400×1 200(內置型鋼H 700×400×14×20)型鋼混凝土主梁，中間和屋面層采用 400×1 000(內置型鋼H 600×400×12×18)型鋼混凝土主梁，樓蓋為鋼筋混凝土井字梁。

2)連體型鋼混凝土梁與主塔樓連接節點設計。連體結構采用剛性連接，連接處受力很大，為有效地提高連體的承載力和在罕遇地震作用下結構的延性，設計中在與連體梁連接的柱內設置型鋼(700×700柱內置雙型鋼H 400×250×18×12)，經計算在中震作用下不屈服。連廊與主塔樓連接節點設計極為重要，型鋼混凝土梁與主塔樓柱內型鋼通過焊接形成剛性節點，并考慮對支座彎矩的調整，柱內型鋼向上、向下各伸一層，以解決局部承壓及荷載傳遞問題(見圖4)。

3)連體部分樓，屋面和大底盤屋面構造措施。當風或地震作用時，結構除產生平動變形外，還將產生扭轉變形，為了保證兩塔樓共同振動，需將兩塔樓的連體部分樓面剛度加大，使其猶如一個剛性層[3]，因此連體部分的樓板板厚和梁高要適當加大。此外，連體部分樓層的樓板和梁在兩塔樓的同向平動和相向運動中，受力很不利。連接體樓面可考慮相當于作用在一個主體部分的樓層水平拉力和面內剪力上[5]，所以連接層梁板的上、下鋼筋應通長布置。本工程連體部分樓板厚度均取 150mm，并采用雙層雙向鋼筋網，且配筋率大于 0.3%，并宜考慮適當布置斜向鋼筋。

樓層剪力和位移角突變發生在大底盤面處。大底盤屋面層上下層是結構首先出現塑性鉸的部位，也是受力較大的區域，特別是裙房與塔樓相交處受力復雜，需特別加強。本工程加大裙房屋面板及上下層的板厚(均為150mm)，并采用雙層雙向鋼筋網，配筋率大于 0.3%。將裙房屋面上一層及下面各層剪力墻的邊緣構件均按約束邊緣構件考慮并加強配筋，加大連梁的配箍率，加大裙房屋面上下層的柱配筋，保證裙房上下層的延性。

4 結語

多塔連體結構平面和豎向的不均勻很可能造成結構的平面扭轉不利及豎向剛度突變，這些都給結構的抗震設計增加了很大的難度。由于目前各規范中對于類似本工程復雜體型建筑的抗震設計還沒有相應的很明確的設計條文，且目前的大量研究側重于理論探討，故本文在總結該綜合樓結構設計時所提出的一些需注意的問題與結論，僅供設計同行在進行同類結構設計時進行比較與參考。

[1] GB 50011-2001，建筑抗震設計規范(2008年版)[S].

[2] JGJ 3-2002，高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[3] 徐培福，傅學怡.復雜高層建筑結構設計[M].北京:中國建筑工業出版社，2007.

[4] 陳岱林，劉民易.PKPM結構CAD軟件問題解惑及工程應用實例解析[M].北京:中國建筑工業出版社，2009.

[5] 李國勝.高層混凝土結構抗震設計要點、難點及實例[M].北京:中國建筑工業出版社，2009.

[6] 李軍華.大底盤雙塔高位連體結構的實例分析與設計[J].建筑結構，2008(7):38-39.

[7] 章一萍.大底盤雙塔樓連體結構的抗震性能分析和設計[D].重慶:重慶大學碩士學位論文，2010.