高層連體結(jié)構(gòu)設(shè)計淺析

魏立

摘 要 連體結(jié)構(gòu)作為一種復(fù)雜的高層建筑結(jié)構(gòu)，對其的研究應(yīng)用還有待總結(jié)、深化，因此我們對高層混凝土連體結(jié)構(gòu)的進一步研究與探討是非常重要的，本文結(jié)合相關(guān)規(guī)范、工作實踐經(jīng)驗等對高層混凝土連體結(jié)構(gòu)的設(shè)計做了相關(guān)總結(jié)與探究。

關(guān)鍵詞 高層;連體結(jié)構(gòu);設(shè)計

引言

高層連體結(jié)構(gòu)通過不同材料的連接體兩側(cè)塔樓連接，體型相對復(fù)雜，受力相較普通結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。故更加高效地對高層多塔連體結(jié)構(gòu)進行受力分析及設(shè)計，并建立高層多塔連體結(jié)構(gòu)抗震性能的評價體系，成為解決高層連體結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵。

1連體結(jié)構(gòu)特點

1.1 扭轉(zhuǎn)效應(yīng)顯著

根據(jù)工程經(jīng)驗及分析，連體結(jié)構(gòu)具有較顯著的扭轉(zhuǎn)振動和變形。當結(jié)構(gòu)承受風或地震力時，結(jié)構(gòu)發(fā)生響應(yīng)會產(chǎn)生平動變形以及顯著的扭轉(zhuǎn)變形，同時連接體兩側(cè)塔樓不對稱性越大，其產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)越明顯。即使連接體兩側(cè)塔樓結(jié)構(gòu)對稱，但因為連接體部位的樓板發(fā)生變形，兩側(cè)塔樓除了會發(fā)生同向平動外，也極可能發(fā)生相向平動，并且該運動與整體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振型極易發(fā)生耦合，將導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)處于不利狀態(tài)[1]。

1.2 連接體受力復(fù)雜

連接體部位作為整個結(jié)構(gòu)十分重要的部位，受力比較復(fù)雜。連接體部位承擔著協(xié)調(diào)兩側(cè)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(cè)塔樓與連接體的連接形式在連體結(jié)構(gòu)中的重要性不言而喻，是整個結(jié)構(gòu)的安全性較為薄弱的部分。連接形式除了根據(jù)建筑方案要求，更應(yīng)從結(jié)構(gòu)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(dǎo)致連體結(jié)構(gòu)受力分析與設(shè)計方式的不同，本文將對連接體與兩側(cè)塔樓的連接方式做相關(guān)分析。

2設(shè)計要點

2.1 自振振型復(fù)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(cè)塔樓之間的振動發(fā)生耦合，同時導(dǎo)致結(jié)構(gòu)豎向剛度不規(guī)則，因此連體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出較復(fù)雜的自振振型。連體結(jié)構(gòu)在地震力作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，扭轉(zhuǎn)振型也較多，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)喪失一部分延性，易產(chǎn)生無預(yù)兆的脆性破壞。常采用三維空間分析模型對高層連體結(jié)構(gòu)應(yīng)進行整體計算分析[2]。

2.2 對豎向地震反應(yīng)敏感

根據(jù)以往的震害經(jīng)驗觀察，豎向地震作用對連體結(jié)構(gòu)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(jù)主導(dǎo)，產(chǎn)生更明顯的破壞結(jié)果，因此對連體結(jié)構(gòu)在計算分析時、特別是當抗震設(shè)防烈度8度時，應(yīng)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(shè)計計算以及相關(guān)抗震構(gòu)造措施。同一結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)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(yīng)將連接體及與其相連的結(jié)構(gòu)構(gòu)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(gòu)造措施的加強

結(jié)合“小震不壞、中震可修、大震不倒”的三水準的抗震設(shè)防目標，連接體結(jié)構(gòu)應(yīng)加強相關(guān)部位的構(gòu)造措施。因此連體結(jié)構(gòu)更應(yīng)注重概念設(shè)計，即“三分計算，七分構(gòu)造”，根據(jù)概念設(shè)計及工程經(jīng)驗等應(yīng)加強較薄弱連接部位的構(gòu)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(guān)結(jié)構(gòu)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(shè)耗能器，使結(jié)構(gòu)成為受控體系。在做結(jié)構(gòu)方案時，應(yīng)使兩側(cè)塔樓的體型和剛度盡量接近。抗震設(shè)計時，當兩側(cè)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(jié)構(gòu)的計算分析應(yīng)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(yīng)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(shè)計實例

某寫字樓抗震設(shè)防類別丙類，抗震等級二級，平面不規(guī)則的“U”形結(jié)構(gòu)，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(cè)塔樓10～14層通過較寬的混凝土走道連接，為凱旋門式結(jié)構(gòu)，最終經(jīng)過多重計算及比較，調(diào)整連接體剛度可以較好地協(xié)調(diào)兩個塔樓的剛度，控制好整體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。同時使連接體及相關(guān)部位結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形、應(yīng)力處于規(guī)范限定范圍內(nèi)[4]。

4結(jié)束語

高層混凝土連體結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，具有較明顯的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，對地震作用特別是豎向地震作用敏感，結(jié)構(gòu)設(shè)計界時應(yīng)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(shè)計的角度上加強對連體結(jié)構(gòu)相關(guān)薄弱部位的構(gòu)造措施，對整體結(jié)構(gòu)從構(gòu)造上予以調(diào)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(jié)構(gòu)，1999，（4）：9-12.

[2] 徐福培.復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社2015：17-19.

[3] JGJ3-2010.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[4] 彭偉.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].成都：西南交通大學出版社，2010：117.