连体结构设计要点分析

【关键词】羌族博物馆；大跨度；连廊；空间柔性连接；支座；空间桁架

　　1．引言

　　随着社会的进步，高层建筑在现代化城市建设中占有越来越重要的地位，它能有效地利用空间资源，减小占地面积，缓解大城市的住房困难、交通拥挤和用地紧张问题。上世纪末至今，高层建筑形式日趋多样化，一种新型的结构形式——多塔连体高层建筑被越来越多地采用，一方面，连体可以方便两塔楼之间的联系，用做观光走廊或休闲咖啡厅等；另一方面由于连体的设置，可以使建筑外观更具特色，营造出一种更加和谐的建筑氛围。

　　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，并在此基础上评价多塔楼连体结构的抗震性能，已成为一个急待解决的重要课题。

　　2．连体结构

　　连体结构因为通过连接体将不同的结构连在一起，体型比一般结构要复杂，因此连体结构的受力比一般单体结构或多塔楼结构更复杂，结构设计应着重视以下几方面的问题[1]。

　　（1）扭转效应明显

　　较之其他体型结构，连体结构扭转振动变形较大，扭转效应较明显，应引起重视。

　　当风或地震作用时，结构除产生平动变形外，还会产生扭转变形，扭转效应随两塔楼不对称性的增加而加剧，即使对于对称双塔楼连体结构，由于连接体楼板变形，两塔楼除有同向的平动外，还很有可能产生两塔楼的相向运动，该振动形态是与整体结构的扭转振型耦合在一起的。实际工程中，由于地震在不同塔楼之间的振动差异是存在的，两塔楼的相向运动和振动形态极有可能发生响应，此时连体部分结构受力很不利。

　　对多塔连体结构，因体型更为复杂，振动形态也将更复杂，扭转效应应更加明显。

　　（2）连接体部分受力复杂

　　连接体部分是连体结构的关键部位，其受力较复杂。连接体部分一方面要协调两侧结构的变形，在水平荷载作用下承受较大的内力，另一方面当本身跨度较大时，除竖向荷载作用外，竖向地震作用影响也明显。

　　（3）连接体两端结构的连接方式

　　连接体结构与两侧塔楼的支座连接是连体结构的另一类关键问题，如处理不当结构安全将难以保证。连接处理方式一般根据建筑方案与布置来确定，可以有刚性连接、铰接、滑动连接等，每种连接方式的处理方式不同，也影响着连体结构分析设计的方式，本文将做主要分析。

　　2.1 设计要点

　　连体结构属复杂结构体系，规范对此类结构的设计也有更高的要求。

　　根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)， 结构体系应符合下列各项要求：

　　1）应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。

　　2）应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。

　　3）应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。

　　4）对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。

　　根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)，在结构整体计算中，转换层结构、加强层结构、连体结构、竖向收进结构(含多塔楼结构)，应选用合适的计算模型进行分析。在整体计算中对转换层、加强层、连接体等做简化处理的，宜对其局部进行更细致的补充计算分析。

　　2.2 连接方案及实例

　　2.2.1 塔楼两边悬挑

　　此种方法用于连接体跨度较小时，采用连接体中间设抗震缝， 由塔楼两边悬挑的方式来处理。此种连接方式概念最为明确，分析最简单，但受连接体跨度影响较大，应用受到限制。

　　2.2.2 强连接方式

　　当连接体包含多层楼盖、且连接体刚度足够，能将主体结构连接为整体协调受力、变形时，可做成强连接结构。强连接结构设计时就要做到真正使其连为整体，完全协调受力。

　　当连接体与两端塔楼刚接或铰接时，连接体可与塔楼整体协调，共同受力，此时连接体除承受重力荷载外，更主要的是要协调连接体两端的变形及振动所产生的作用效应。一般情况下，连接体同塔楼的连接处受力较大，构造处理较复杂，选择合适的连接体刚度、结构形式及支座处的构造处理非常重要。

　　上海国际设计中心采用的是强连接方式[2]。该工程两塔楼相距17. 5 m，在11～12层形成连体，连接体在12层采用整层桁架形式，并采用吊杆吊住11层连体楼面钢梁，连体楼面桁架弦杆和钢梁与主楼、副楼均刚性连接。整体结构体型为不等高双塔连体结构。结构主塔楼与副塔楼均采用钢框架－混凝土核心筒体系。程分析计算结果显示该工程有以下特性：

　　（1）结构的高阶振型占据很大比重，连体的存在使得结构表现出复杂的地震反应。

　　（2）在结构抵抗侧向变形的能力方面，结构层间位移角除了在连体楼层上部有一定突变外，整体分布基本平缓，表现出了良好的弯剪型曲线，层间位移角在规范限值内，满足规范在多遇地震下弹性变形的要求。

　　（3）连体以下楼层，结构的扭转状况分布都比较相近；以连体为转折点，其上楼层增长趋势减缓。

　　（4）考察连体对于整体结构的影响， 由于连体的作用，在X 向，结构连体楼层刚度明显高于连体以上楼层刚度，地震作用下主楼上部楼层的X 向加速度增长较大。

　　（5）在三向地震作用下，连体底层楼板中心部分竖向加速度反应显著高于两端。

　　2.2.3 弱连接方式

　　当连接体本身的刚度较弱时，即使做成刚性连接，它也不能起到协调两塔楼变形的作用，这时应当考虑做成滑动连接的形式。滑动连接可以是连廊一端与塔楼铰接，一端滑动连接，也可以两端均做成滑动支座。采用这种连接方式，连廊的受力将会比较小，但是这时连廊已经不能再协调塔楼间的共同工作，塔楼和连廊均单独受力，整个连廊结构仅仅是形式上的“连廊结构”。