高层建筑连体结构设计探析

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1、高层建筑连体结构设计探析　　摘要：连体建筑是指由设置在一定高度处连接体相连接的两个或多个建筑单体组成的建筑集群。由于连体的存在，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、准确地对复杂高层多塔楼连体结构体系进行分析和设计，已成为一个急待解决的重要课题。关键词：高层建筑连体结构设计中图分类号：TU208文献标识码：A前言连体结构是指除裙楼以外，两个或两个以上塔楼之间带有连接体的结构。连体结构是高层建筑中较为薄弱的部分，这对高层连体结构的设计提

2、出了更高的要求。震害经验表明，地震区的连体高层建筑破坏严重，两个主体结构高度不相等或体型、面积和刚度不同时，连体破坏尤为严重。因此，连体高层建筑是一种抗震性能较差的复杂结构形式。例如吉隆坡的双子塔，图1所示图1吉隆坡双子塔一、连体结构的形式及特点7在高层建筑设计中，出于使用功能或立面效果造型上的需要，连体结构日渐增多。连体结构有底部相连、中部相连、顶部相连等多种形式。其受力比一般单体结构或多塔结构更为复杂。目前连体高层建筑结构主要有两种形式。1、架空连廊式如图2，既两个结构单元之间设置一个（层）或多个（层）连

3、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。架空连廊式连体结构的连接体部分结构较脆，基本不能协调连接体两侧的结构共同工作，故一般做成弱连接。既连接体一端与结构铰接，一端做成滑动支座；或两端均做成滑动支座。图2架空连廊式2、凯旋门式如图3，既整个结构类似一个巨大的“门框”，连接体在结构的顶部若干层与两端“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。凯旋门式连体结构的连接体部分一般包含多个楼层，具有足够的刚度，可协调两

4、侧结构的受力、变形，使整个结构共同工作，故可做成强连接。如两端均为刚接或铰接等。图3凯旋门式二、连体结构的受力分析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：71、结构扭转振动变形较大，扭转效应较明显。由计算分析及同济大学等单位进行的振动台试验说明，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

5、振动形态与整体结构的扭转振动耦合。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，易使结构发生脆性破坏。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塔楼（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（风及地震作用

6、）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。7历次地震中连体结构的震害都较为严重，特别是架空连廊式连体结构。两个结构单元之间有多个连廊的，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1、连体高层建筑的自振振型较为复

7、杂，有顺向振型和反向振型。高层建筑的连体原因让各楼塔之间的振动相互耦合，结构沿竖向的刚度和质量也因连接体的设置分布也不均匀，以致连体结构自振振型复杂。连体结构的扭转性能差，且扭转振型也丰富多样，尤其是在地震作用下扭转反应很大，结构延性较差，容易发生脆性破坏。连体高层建筑应采用三位空间分析方法进行整体计算，主体结构与连接体均应参与整体分析；2、架空的连接体对属相地震的反应比较敏感，尤其是跨度较大、自重较大的连接体的竖向地震反应很明显。通过大量的震害经验，竖向地震力造成的破坏在各次地震中是普遍、客观存在的，建筑设

8、计规范制定的重要原则是取建筑设计基准期内的最不利荷载作为设计依据。在地震震中区，地震震动主要是以竖向震动为主，也起了明显的主要破坏作用，因此一般建筑在9度抗震设计，连接体结构在87度抗震设计时应同时考虑竖向地震荷载和水平地震荷载的共同作用。其竖向地震作用计算方式应按振型分解法或时程分析法。如为近似考虑，则其竖向地震作用标准值可取连接体重力荷载代表值的10%，并按构件所分担的重力荷载值得比例进行分配；