论某工程连体结构设计

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　　摘要：高层建筑连体结构是一种非常复杂的结构体系。如何科学、合理地设计带有悬挑以及连体结构的高层建筑结构，保证其在地震下具有足够的安全度，保障人民的生命财产安全，已成为一个急需解决的问题。根据分析结果，就结构设提出相应的设计及处理措施，必要时从体系上予以调整，从构造上加强，以满足工程抗震设防的要求。
　　关键词：连体结构 ; 设计方法
　　Abstract：The high-rise building joint structure is a very complicated structure system. How to scientifically and rationally designed with cantilever and joint structure of the high-rise building structure, guarantee the earthquake has enough safety and safeguard the people's lives and property of the security has become an urgent need to resolve problems. Based on the analysis, the structure design and set corresponding treatment measures and, when necessary, from system to adjust on, from the structure strengthening, to meet engineering the seismic fortification demand.
　　Keywords: joint structure; Design method
　　
　　
　　中图分类号： S611 文献标识码：A文章编号：
　　
　　一连体结构设计原则
　　⑴计算分析。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）规定，对复杂体型高层建筑的分析，应符合下列要求：①应采用至少两个不同力学模型的三维空间软件进行整体内力位移计算；连体结构因体型特殊，连体部位受力复杂，宜采用有限元模型进行整体建模分析，对连接体部位应采用弹性楼盖进行计算。②）抗震计算时，应考虑平扭耦联计算结构的扭转效应，振型数不应小于15，多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数9倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。③应采用弹性时程分析法进行补充计算。④宜采用弹塑性静力或动力分析方法验算薄弱层弹塑性变形。
　　⑵结构选型。高层建筑连体结构各独立部分宜有相同或相近的体型、平面和刚度，7度、8度抗震设计时，对于层数和刚度相差较大的建筑，不宜简单采用强连接方式，应根据弹塑性静力或动力分析结果，使结构在罕遇地震下能满足“大震不倒”的抗震要求。针对保证连体部分的节点安全可靠的目标，采用“强节点弱杆件”的抗震设计概念，削弱连接体内部杆件的部分区段，使得弹塑性变形集中在该区段内，并使得杆件具有足够的变形能力和耗能能力，确保节点部分始终处于弹性阶段，从而保证“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计原则。连接体结构自身结构重量应尽量减轻，可优先采用钢结构，也可采用型钢混凝土结构等。当连接体包含多个楼层时，可结合建筑平面功能，采用空间钢桁架体系，增加连体本身的刚度，提高其整体变形协调能力。
　　二某工程概况
　　⑴结构体系.某工程属于超限结构，包含高位大悬挑钢结构、空中连廊等复杂施工部位。连廊本身由箱型桁架组成，箱型桁架系统的四个面全由大宽度及深度的桁架组成，以提高抗弯及抗扭能力；悬挑部分结构采用钢结构。在塔楼内除设置核心筒外，还设置了十字型剪力墙，以提高塔楼整体的刚度和抗倾覆能力。
　　⑵工程难点及特点:①工程量大，施工组织难度大：②空中连廊结构施工难度大；③高位大悬挑结构施工难度大：④工程结构安装施工测量精度控制难度大；⑤安全文明施工难度大。
　　三高层结构体系设计方法研究
　　⑴主要问题。高层多塔楼、高位悬挑及连体结构形式独特，我国目前还没有制定出相应的设计规范或规程，因此课题组结合具体工程情况，在理论分析和概念设计的基础上，注重结构体系、设计关键技术以及构造方法的研究，初步探讨了高层多塔楼、高位悬挑及连体结构的设计方法。研究的内容主要包括以下几个方面：①扭转效应问题：②嵌固端位置问题：③纯地下室抗浮设计、超长混凝土结构收缩及基础沉降问题；风和地震引起的结构倾覆力矩与剪力问题。
　　⑵主要技术措施。某工程为结构特别不规则的超出规范适用范围的高层建筑群，由于建筑体型和功能要求，其复杂体形的大底盘多塔、结构竖向高位收进、高位悬挑、复杂大跨连体、竖向构件不连续等设计对抗震不利。经过大量研究，通过对结构进行多遇及罕遇地震作用下的全过程非线性时程分析，提出性能设计的方法，解决了复杂工程抗震设计的关键技术，如：①采用多塔楼分解对策解决扭转效应问题；②采用地下室顶板嵌固原则解决嵌固端位置问题：③采用多种地基处理方法相结合的设计和施工技术，有效控制了大底盘建筑群的差异沉降及地下水附加浮力的影响；④采用后浇带措施解决沉降差异及混凝土收缩开裂，解决超长混凝土结构收缩及基础沉降问题；⑤结构体系中通过钢筋混凝土核心筒和十字型剪力墙(部分配有型钢)及局部带斜撑的外框架承担风和地震引起的结构倾覆力矩与剪力。
　　四大悬挑结构设计方法和施工技术分析
　　⑴主要问题。悬挑结构是结构的上部体型大于下部体型，也属于竖向不规则结构。概况来说，悬挑结构会给主体结构的设计带来以下几个问题：①易于形成薄弱层。带有悬挑的上部结构层刚度往往大于下部结构，因而往往不能满足规范对结构竖向规则性的要求。②高振型影响大。由于上部结构质量大于下部结构，因而造成高振型的地震作用加大。③加大扭转效应。悬挑结构的质量大，会造成附加的质量偏心，因而将对主体结构造成附加的扭转效应。④竖向地震效应。悬挑结构的竖向地震效应十分明显，且悬挑尺度越大，效应越明显，设计中必须加以考虑。⑤高位悬挑楼钢结构安装问题。高位悬挑楼结构为纯钢结构，与之相连的塔楼为劲性混凝土结构，加之悬挑楼位于塔楼的上部，悬挑楼钢结构的安装须在主体结构混凝土强度达到设计强度方可进行，悬挑楼挑出的长度大、宽度宽、距地高度高，因此悬挑楼钢结构的安装成为结构施工面临的一个新课题。⑥高位大悬挑结构底层楼板模架支撑系统和安全防护问题。挑楼与塔楼非连接的三面因建筑外观需要，钢结构的钢梁需要用混凝土包裹，混凝土结构施工的模架体系和安全防护成为施工研究的课题。
　　⑵主要技术措施。①在结构设计中采取的基本思路及关键技术措施A尽量减小悬挑结构的质量，悬挑部分结构采用钢结构。梁、柱采用H型钢，楼板采用压型钢板混凝土楼板，以减小其对主体结构的不利影响。B为承受悬挑部分重力荷载产生的倾覆力矩，在悬挑部分增设钢斜撑，将倾覆力矩传递到塔楼上：在塔楼相应的部位也增设型钢混凝土斜撑，使塔楼整体承受倾覆力矩。在塔楼内除设置核心筒外，还设置了十字型剪力墙，以提高塔楼整体刚度和抗倾覆能力。C提高悬挑部分和支撑悬挑结构构件的抗震设防标准。考虑到悬挑结构的冗余度低，在设计过程中，提高了悬挑结构的抗震设防标准。悬挑部分的结构按中震弹性计算，考虑荷载分项系数，材料强度取设计值。直接支撑悬挑结构的构件按中震不屈服设计，即按中震弹性地震力与竖向荷载进行组合，不考虑荷载分项系数，材料强度取标准值。D体型收进处结构加强，在结构设计过程中在收进位置的上下设置了额外的斜撑，尽量避免收进处结构刚度的突变。在进行结构计算时，也将收进的楼层指定为薄弱层，进行地震剪力的放大，提高构件的承载力。

　　E悬挑结构的竖向地震效应采用规范建议的简化方法、竖向地震反应谱法、竖向地震时程分析法等三种计算方法，解决竖向地震效应问题。
　　②高位大悬挑楼施工技术。A采用临时加固、不搭设操作平台直接高空散拼的施工方法，进行钢结构安装。B采用钢筋桁架模板体系，利用结构本身的钢梁承受楼板施工的荷载，进行钢筋混凝土结构施工，以解决混凝土结构施工模架体系和安全防护的施工难题。
　　五大跨度复杂连体结构设计方法及施工技术
　　⑴主要问题。连体结构的作用是将不同结构连在一起，体型比一般结构复杂，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。在结构设计中，连体结构应关注以下几个方面的问题：①扭转效应。较之其它体型结构，连体结构扭转振动变形大，扭转效应明显，应引起重视。对多塔连体结构，因体型更为复杂，振动形态也将更复杂，扭转效应更加明显。②连接体结构的受力。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较明显。③连接体两端结构连接方式。连接体结构与两侧塔楼的支座连接是连体结构的另一关键问题，如处理不当，会使结构安全得不到保证。
　　⑵主要技术措施。①设计中采取的措施。A设置隔震支座。在国内外首次实现了多塔楼复杂连体的滑动连接，采用了摩擦摆式防震支座，保证了连体和塔楼抗震安全。通过设置隔震支座，有效地减小了各个塔楼的相互影响，并且有效地减小了连廊造成的整体结构的质量偏心和扭转作用。B采用钢结构。连廊结构采用钢结构体系，楼板采压型钢板，尽量减小连体结构的质量，从而减小地震用下其自身的惯性效应。C进行竖向地震验算。隔震支座只能减小水平地震的作用，对竖向地震的影响没有效果，所以在进行连廊设计时，进行了竖向地震的时程分析和反应谱计算，竖向地震的峰值取水平地震峰值的0．65倍。D提高连廊结构的抗震性能标准，采用中震弹性的设计准则对连廊结构进行设计。②施工技术措施。在施工时，采用在地面或车库顶板上搭设的扣件式钢管承重脚手架作为拼装平台，下部楼板采用碗扣式脚手架进行加固，钢结构连廊在脚手架顶部以及屋面上拼装，然后整体提升，安装到位，避免钢结构连廊散拼对工期、塔吊的影响，从而缩短了工期，节约了费用，并保证了施工安全。
　　六高层多塔楼、连体结构差异沉降控制技术
　　⑴主要问题。各楼对地基承载力要求不一，且对建筑物最终沉降量和各楼的倾斜变形基本要求一致。设计要求建筑物最终沉降量不大于40mm，主楼后期沉降量(结构封顶后)不大于5mm，各楼倾斜变形小于0．0015。同时车库因自身总量较轻，加之地下水位较高存在抗浮问题，形成了塔楼控制沉降量，车库控制上浮量，并且要使最终的差异沉降量满足设计要求。
　　⑵主要技术措施。①通过采用多种地基形式，如塔楼采用了灌注桩复合地基，裙楼采用天然地基，纯地下室部分采用天然地基加抗浮桩，合理控制塔楼、裙房及纯地下室的沉降量，以满足设计要求。②采用专利钻头进行灌注桩施工，保证灌注桩的施工质量。③根据悬挑结构、连廊的具体位置以及结构的偏等，灌注桩距采用不均匀布置。
　　七结语
　　综上所述，带有连体结构的高层建筑由于结构体系复杂，受力分析一般比较困难。文中针对连体结构设计原则与施工技术研究进行了分析。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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