高層連體結構設計淺析

魏立

摘 要 連體結構作為一種復雜的高層建筑結構，對其的研究應用還有待總結、深化，因此我們對高層混凝土連體結構的進一步研究與探討是非常重要的，本文結合相關規范、工作實踐經驗等對高層混凝土連體結構的設計做了相關總結與探究。

關鍵詞 高層;連體結構;設計

引言

高層連體結構通過不同材料的連接體兩側塔樓連接，體型相對復雜，受力相較普通結構更加復雜。故更加高效地對高層多塔連體結構進行受力分析及設計，并建立高層多塔連體結構抗震性能的評價體系，成為解決高層連體結構設計的關鍵。

1連體結構特點

1.1 扭轉效應顯著

根據工程經驗及分析，連體結構具有較顯著的扭轉振動和變形。當結構承受風或地震力時，結構發生響應會產生平動變形以及顯著的扭轉變形，同時連接體兩側塔樓不對稱性越大，其產生的扭轉效應越明顯。即使連接體兩側塔樓結構對稱，但因為連接體部位的樓板發生變形，兩側塔樓除了會發生同向平動外，也極可能發生相向平動，并且該運動與整體結構的扭轉振型極易發生耦合，將導致整體結構處于不利狀態[1]。

1.2 連接體受力復雜

連接體部位作為整個結構十分重要的部位，受力比較復雜。連接體部位承擔著協調兩側塔樓變形的作用，承受較大的水平地震作用，而當其跨度較大時，豎向地震作用的影響也更為明顯。

1.3 連接形式

兩側塔樓與連接體的連接形式在連體結構中的重要性不言而喻，是整個結構的安全性較為薄弱的部分。連接形式除了根據建筑方案要求，更應從結構受力分析的角度考慮。連接形式分為剛性連接、柔性連接、鉸接、滑動連接等，連接形式的不同導致連體結構受力分析與設計方式的不同，本文將對連接體與兩側塔樓的連接方式做相關分析。

2設計要點

2.1 自振振型復雜

連體高層建筑的自振振型包括順向和反向振型。連體部位的存在讓其兩側塔樓之間的振動發生耦合，同時導致結構豎向剛度不規則，因此連體結構表現出較復雜的自振振型。連體結構在地震力作用下的扭轉效應明顯，扭轉振型也較多，導致結構喪失一部分延性，易產生無預兆的脆性破壞。常采用三維空間分析模型對高層連體結構應進行整體計算分析[2]。

2.2 對豎向地震反應敏感

根據以往的震害經驗觀察，豎向地震作用對連體結構的連體部位會造成較明顯的破壞。在地震震中，豎向振動占據主導，產生更明顯的破壞結果，因此對連體結構在計算分析時、特別是當抗震設防烈度8度時，應同時考慮豎向地震和水平地震的共同作用。

2.3 抗震等級的確定

抗震等級的確定決定了主體和連接體的抗震設計計算以及相關抗震構造措施。同一結構根據結構部位的不同可采取不同的抗震等級。在連接體樓層范圍及其上、下層，應將連接體及與其相連的結構構件的抗震等級提高一級，抗震等級為特一級時可不再提高。

2.4 薄弱部位構造措施的加強

結合“小震不壞、中震可修、大震不倒”的三水準的抗震設防目標，連接體結構應加強相關部位的構造措施。因此連體結構更應注重概念設計，即“三分計算，七分構造”，根據概念設計及工程經驗等應加強較薄弱連接部位的構造措施。

2.5 連接體的抗震、減震

隨著建筑功能要求的與日俱增，相關結構形式也更為多樣，主要有：①鋼連廊作為連接體被使用的頻率越來越高;②于相對薄弱的部位增設耗能器，使結構成為受控體系。在做結構方案時，應使兩側塔樓的體型和剛度盡量接近。抗震設計時，當兩側塔樓的剛度有較大差別時，不宜采用強連接方式[3]。

2.6 計算要求

高層混凝土連體結構的計算分析應滿足以下要求：①至少采用兩種三維空間計算軟件對其進行整體計算分析，連接體部位按彈性樓蓋考慮;②應采用彈性時程方法分析計算;③采用彈塑性靜力或動力分析方法對薄弱部位進行補充驗算。

3設計實例

某寫字樓抗震設防類別丙類，抗震等級二級，平面不規則的“U”形結構，分三部分脫縫處理，地上15層、地下2層，總長85m，寬60m，地上總建筑面積約3.2萬m2。兩側塔樓10～14層通過較寬的混凝土走道連接，為凱旋門式結構，最終經過多重計算及比較，調整連接體剛度可以較好地協調兩個塔樓的剛度，控制好整體結構的扭轉。同時使連接體及相關部位結構構件的變形、應力處于規范限定范圍內[4]。

4結束語

高層混凝土連體結構受力復雜，具有較明顯的扭轉效應，對地震作用特別是豎向地震作用敏感，結構設計界時應至少采用兩種三維空間計算軟件對其進行彈性、彈塑性分析。從概念設計的角度上加強對連體結構相關薄弱部位的構造措施，對整體結構從構造上予以調整，使其滿足工程要求。

參考文獻

[1] 婁宇，王紅慶，陳義明.大底盤上雙塔和連體高層建筑的振動分析[J].建筑結構，1999，（4）：9-12.

[2] 徐福培.復雜高層建筑結構設計[M].北京：中國建筑工業出版社2015：17-19.

[3] JGJ3-2010.高層建筑混凝土結構技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[4] 彭偉.高層建筑結構設計原理[M].成都：西南交通大學出版社，2010：117.