大跨連體超限高層建筑結構設計研究＊

王彩雪

（西安歐亞學院，陜西 西安 710065）

0 引言

大跨連體超限高層建筑作為連體建筑中的一種，在設計過程中具有很高的難度系數。主要體現在，由于大跨連體超限高層建筑的結構高度存在差異，很難獲取較明顯的剛度結構特征，導致大跨連體超限高層建筑的抗震性難以達到預期目標[1]。不僅如此，基于大跨連體超限高層建筑結構存在扭轉效應，其安全等級也很難達標。為保證大跨連體超限高層建筑的穩定性，有很多學者研究大跨連體超限高層建筑結構的設計方法，但大多主要針對大跨連體超限高層建筑結構的連接部分展開設計，未考慮大跨連體超限高層建筑結構抗力時變的特點，導致設計出的大跨連體超限高層建筑結構存在基底承載力不足的現象，符合具體施工要求，進而無法廣泛應用在大跨連體超限高層建筑結構設計中。為彌補傳統大跨連體超限高層建筑結構設計中存在的不足，本文提出大跨連體超限高層建筑結構設計研究，致力于從根本上提高大跨連體超限高層建筑結構的基底承載力，確保大跨連體超限高層建筑結構的穩定性。

1 大跨連體超限高層建筑結構設計

1.1 建立大跨連體超限高層建筑結構抗力時變模型

在大跨連體超限高層建筑結構設計中，應結合混凝土材料在空氣作用下引發的結構承載力變化，充分考慮大跨連體超限高層建筑結構的時變性能[2]。因此，根據混凝土的碳化引發結構退化，將大跨連體超限高層建筑結構退化分為3個階段：第1階段，混凝土結構強度為0.5～1.0MPa；第2階段，混凝土結構強度為1.0～1.5MPa；第3階段，混凝土結構強度為0.5～1.0MPa。由此可見，混凝土結構強度時變呈現拋物線的趨勢，在第2階段混凝土強度結構達到最高值；第1階段與第3階段混凝土強度結構基本一致。與此同時，當混凝土結構隨著時間的轉移而發生碳化反應時，大跨連體超限高層建筑結構中的鋼筋也逐漸銹蝕，當達到一定程度后，混凝土表層將開裂并脫落，最終混凝土保護層結構整體失效，鋼筋繼續銹蝕。結合上述理論分析，建立大跨連體超限高層建筑結構抗力時變模型，通過計算方程式的方式表示大跨連體超限高層建筑結構抗力時變過程。設大跨連體超限高層建筑結構抗力時變模型表達式為p，可得公式。

式中，δ（t）為鋼筋混凝土及結構的銹蝕深度；δcr指的是混凝土開裂時間。

通過式（1），明確大跨連體超限高層建筑結構抗力時變，為大跨連體超限高層建筑結構算量提供基礎數據。

1.2 大跨連體超限高層建筑結構算量

設大跨連體超限高層建筑結構算量的表達式為Q：

式中，A為大跨連體超限高層建筑中任意一個節點的參數點坐標；n為大跨連體超限高層建筑結構信息；Xn為大跨連體超限高層建筑結構信息下的特征參數；i為大跨連體超限高層建筑結構組成個數，為實數；Xi為第i個組成部分下的權重系數；B為大跨連體超限高層建筑結構信息集合。

采用上述計算公式，可得出大跨連體超限高層建筑結構算量，并以MySQL為統一格式優化融合大跨連體超限高層建筑結構信息資源[3-4]。與此同時，通過結構抗力時變模型統一大跨連體超限高層建筑結構信息中的參數屬性，將大跨連體超限高層建筑結構算量信息屬性與結構抗力時變模型相關聯。此過程可以通過方程式進行表示，設關聯計算表達式為V，則：

式中，W為大跨連體超限高層建筑結構參數；P為大跨連體超限高層建筑結構抗力時變模型權重。

通過式（3）將大跨連體超限高層建筑結構算量信息參數屬性與抗力時變模型相關聯，在大跨連體超限高層建筑結構數據匯集與信息展示的基礎上，強化各部分之間的互聯共享。

1.3 大跨連體超限高層建筑結構抗震性目標

根據大跨連體超限高層建筑結構設計中對抗震的要求，并結合上述大跨連體超限高層建筑結構算量，設計大跨連體超限高層建筑結構抗震性。為防止在后續施工和使用階段，地震時出現建筑晃動、沉降，甚至坍塌問題，根據褥墊的設計方案可實現對其抗震效果的處理。將褥墊結構設計在建筑的地下地帶以及持力位置，當地震引發建筑晃動或沉降時，建筑地基結構保護地帶上會附加較大的壓力，從而防止大跨連體超限高層建筑結構中的地板結構出現開裂，進而抑制二次振動或沉降問題的發生。考慮到大跨連體超限高層建筑大多存在地下室結構，因此，針對建筑結構的抗震設計，還應考慮發生地震時地下水的運動情況。當大跨連體超限高層建筑結構所處地區處于降水豐富時期時，地下水位呈快速上漲趨勢。而此時，需在地下室地板設置防水結構。通常情況下，地下室建筑結構復雜，且基槽地膜結構的形狀不一。因此，在對其外部輪廓進行設計時應盡可能簡潔，從而有利于后續建筑防水的順利進行，通過良好的防水結構還可進一步提高大跨連體超限高層建筑結構的抗震性。

1.4 完成大跨連體超限高層建筑結構設計

在達到大跨連體超限高層建筑結構抗震性目標的基礎上，為進一步提高建筑結構的穩定性，還可以通過增加鋼筋保護層的厚度，實現對大跨連體超限高層建筑結構穩定性的提升。在設計大跨連體超限高層建筑結構時，應當選用構件表面碳化或氯離子等侵入的鋼筋結構。根據混凝土在實際建筑中的暴露情況，設定混凝土的保護層厚度。為保證大跨連體超限高層建筑結構的穩定性，對于一般大跨連體超限高層建筑結構設計中的混凝土結構構件而言，混凝土強度應為C25～C30，并且其保護層厚度在35mm以上；對于靠近地下水位置或保護在海上的建筑構件，其混凝土保護層厚度應在60mm以上；對于周圍鋪設公路或橋梁護欄的建筑構件結構，其混凝土保護層厚度應不小于56mm；對于室內的混凝土梁、柱、筋等構件結構，其混凝土保護層厚度應為35.5mm，至此完成大跨連體超限高層建筑結構設計。

2 實例分析

2.1 試驗準備

通過構建實例分析，采用雙塔連體結構，其主樓高32層，其裙樓30層且設有2層地下室，建筑總面積為5 000m2。使用本文方法設計大跨連體超限高層建筑結構，通過Weapectl 1.2.1軟件測試大跨連體超限高層建筑基底承載力，記為試驗組；再使用傳統方法設計大跨連體超限高層建筑結構，通過Weapectl1.2.1軟件測試大跨連體超限高層建筑基底承載力，記為對照組。為保證Weapectl1.2.1軟件的測試精度，分別進行6次測試，記錄試驗結果。

2.2 試驗結果分析與結論

整理試驗結果如表1所示。

表1 大跨連體超限高層建筑結構基底承載力對比

通過表1可得出：本文設計的大跨連體超限高層建筑結構基底承載力明顯高于對照組，具有更高的穩定性，具有現實推廣價值。

3 結語

本文分析大跨連體超限高層建筑結構設計中需要重點關注的問題。在后期大跨連體超限高層建筑結構設計中，必須嚴格遵守本文設計的大跨連體超限高層建筑結構設計標準，在確保大跨連體超限高層建筑結構穩定性的同時，最大限度提高大跨連體超限高層建筑的安全性，進而延長大跨連體超限高層建筑的使用壽命。但本研究仍存在不足，在今后的研究中還需深入研究大跨連體超限高層建筑的優化設計，為提高大跨連體超限高層建筑的綜合性能提供技術支持。