连体结构设计分析论文

连体结构设计分析
【摘要】本文通过工程实例介绍连体结构设计方法，阐述了连体结构设计时采用的各种抗震措施、连接体结构的结构设计等要点，总结出此类结构设计时的建议性小结。

【关键词】连体结构；抗震措施；节点设计
中图分类号： u452.2+8 文献标识码： a 文章编号：
一、概述
某大厦由伸缩缝分成两栋建筑，为7度设防的混凝土剪力墙双塔结构，高度82米，在63米以上部位用钢结构连接体与双塔错层相连。

连接体部分采用钢结构，最下部为6米高的钢桁架，钢桁架结构上部为3层钢框架结构，层高3.9米，连接体的跨度为32米。

结构总长度86.3，宽度14.8米，横向结构的高宽比为5.4。

结构地下2层，地面上28层，双塔的结构基本相同，底层有个别墙体转换。

本工程的特点是高位大跨的错层连体，连体部位位置较高，跨度较大，且连体结构部分因两侧塔楼与中间连体结构层高不同，有局部错层，同时因主体结构为钢筋混凝土结构，连体部位为钢结构，为两种不同材料类型的结构，因此该工程属于复杂体型结构。

二、结构体系的选择
本工程根据建筑布置，抗侧力体系采用剪力墙结构。

连体结构两侧的两道横向剪力墙采用带端柱（型钢柱）的剪力墙，从底到顶层墙厚均为400㎜，电梯井部分的分隔墙厚200㎜，其余
剪力墙厚度为350~250㎜。

在连接体部位下部布置三榀钢桁架承托连接体，转换桁架的高度为6米，占用两个楼层的高度，其中，下弦选用方钢管□700×500×40×40，上弦选用方钢管□600×500×40×40，v形斜腹杆选用焊接h型钢h450×500×40×40，竖杆选用方钢管□450×450×30×30。

另外，在连体结构的顶层，屋面钢梁选用方钢管，截面为□600×500×40×40。

连接体采用钢结构，连接体与两侧塔楼连接采用刚接，具体通过桁架上、下弦及屋面钢梁与两侧的剪力墙端柱内型钢连接来实现刚性连接。

在三榀桁架中，除v形斜撑两端为铰接点外，其余节点均为刚节点，三榀桁架平面结构之间在各楼层位置利用钢梁进行连接。

本工程标准层楼板采用钢筋混凝土平板，最大楼板尺寸为6.5米×7.9米，基本板厚180㎜。

连体部分为钢结构，转换桁架下弦楼盖结构采用压型钢板与混凝土组合楼板，利用压型钢板为模板，可减少施工支撑费用。

连体部分其余楼（屋）盖采用混凝土平板，为保证钢梁与混凝土楼板可靠连接，在钢梁上焊接剪力栓钉以有效传递剪力。

为增强连体部分的结构整体性，连接体部分桁架上、下弦楼盖结构及结构顶层楼板加厚至200㎜。

在转换桁架上、下弦之间有一道夹层，此夹层在楼面体系与转换
桁架脱开，在22层楼面主梁上另设立柱，形成一个较为独立的体系。

这样处理既充分利用了建筑空间，又使夹层与主结构的受力关系清晰明确。

三榀桁架平面主结构中，转换桁架的上、下弦杆及顶层弦杆与两侧塔楼刚接，其余楼层的楼面梁与塔楼剪力墙埋件铰接。

连体部位的23、25、27层与相应的塔楼楼层存在约1米的错层。

三、采取的各种抗震措施
1、总体平面布置
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（jgj3—2002）第10.5.1条：“连体结构各独立部分宜有相同或相近的体型、平面和刚度。

”本工程连体结构各独立部分体型相近，通过调整其平面结构布置以达到使其刚度接近的目的。

另外，因连体结构抗扭刚度较差，容易产生扭转变形，扭转周期若与平动周期接近，容易引起耦合共振，对结构抗震性能不利。

通过调整连体结构的布置，尽量使扭转周期与平动周期避开。

本工程第一扭转周期与第一平动周期之比为
0.82，小于0.85，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（jgj3—2002）的要求。

2、剪力墙布置
连体结构两侧的两道横向剪力墙采用带端柱（型钢柱）的剪力墙，墙厚400㎜。

该两道横向剪力墙与连体相邻部位（20~31层）按特一级设计。

每一榀桁架下设端柱，端柱尺寸为1000㎜×1000㎜，端柱内由连体下部第2层起配置型钢，型钢尺寸为：600㎜×600
㎜×20㎜×30㎜，型钢一直到结构顶层。

剪力墙分布钢筋配筋率取0.78%，剪力墙墙肢端部设置约束边缘构件，约束边缘构件纵向配筋率取1.5%，剪力墙端柱纵向配筋率取2.5%，配箍率均取1.5%。

因连体结构的体型特殊，抗扭性能较差，因此本工程剪力墙底部加强部位（取地上1~5层）和6层至顶层所有外周边剪力墙均加强配箍构造，水平和竖向分布钢筋的配筋率取0.5%，在此范围的剪力墙墙肢均设置约束边缘构件，约束边缘构件纵向配筋率取1.2%，配箍率取1.2%。

按《高层建筑混凝土结构技术规程》（jgj3—2002）第7.2.14条，本工程底部加强部位重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比限值为0.5，设计时按此标准控制剪力墙截面。

剪力墙端柱轴压比按框架柱轴压比限制（考虑地震组合作用力）0.75和剪力墙墙肢的轴压比限值（重力荷载代表值作用下）0.5双控。

3、局部楼板加厚
连体钢桁架上下弦楼板及屋面板采用200㎜厚钢筋混凝土楼板，楼板加厚范围延伸至连体两侧各一跨范围。

在此范围内上下钢筋全部拉通，以使连体部分能更有效的抵抗板内有可能出现的拉力。

4、连体结构两侧的梁加强
为保证连体结构的三榀桁架梁分别与左右两侧结构可靠锚固，左右两侧结构中与桁架梁相邻跨的梁采用型钢混凝土梁，此型钢混凝土梁的截面为500㎜×670㎜，型钢为h400×250×20×30。

连体
结构的顶层楼面梁在上述范围内也采用型钢混凝土结构。

5、进行详细结构计算
除采用两套程序进行整体结构计算分析外，另外对结构进行水平地震作用弹性动力时程分析计算，地震波选取按《抗震规范》和《高规》的规定，选用两条实际地震记录和一条ⅲ类场地人工波进行时程分析。

考察地震反映时，阻力比取0.05；考察连接体钢结构反应时，阻力比取0.02。

进行考虑双向地震作用和考虑偶然偏心的地震作用的最不利工况计算。

本工程关键部位为连接体部分，对该部分主要受力构件—连体下部转换桁架的构件内力进行如下补充验算：按中震计算双向水平地震作用，进行内力计算，验算转换桁架主要杆件及其支座部位构件。

四、连接体结构设计
1、承载力验算
除常规的荷载组合外，另考虑下列组合：增加中震组合验算，即对小震作用下的内力代之以中震内力进行组合，对各种组合进行验算。

承载力验算结果如下：
多遇地震（小震）作用，总体来说，在非地震组合和多遇地震组合工况下，桁架处于弹性状态，最大受力部位位于桁架端部斜腹杆，最大应力比出现在中榀桁架端部斜腹杆。

设防烈度（中震）组合校核，桁架弦杆在中震作用组合工况下，中榀桁架端部斜腹杆应力比最大，计算表明在中震组合工况下，连体钢桁架基本处于弹性状态。

2、节点验算
连接体与主楼的连接节点采用中震复核验算。

经验算节点满足中震不屈服的要求。

3、节点设计
连接节点设计主要包括：连接体的钢桁架上下弦杆及连接体顶层的钢梁与剪力墙端柱采用刚性连接的连接节点；三榀桁架左右两侧与连体结构相邻的梁采用了型钢混凝土梁，该型钢混凝土梁与剪力墙端柱连接。

桁架上、下弦与型钢混凝土柱中的型钢直接采用全熔透坡口焊缝连接，并在其上下弦设置加劲肋；塔楼内的型钢混凝土梁中的型钢也同样采用全熔透坡口焊缝与端柱内型钢连接。

五、小结
本工程为典型的连体结构形式，体型复杂，经过此类工程的设计和实践，总结出在设计中应注重以下主要问题：
重视扭转效应，较之其它体型结构，连体结构扭转振动变形大，扭转效应较明显，当风或地震作用时，结构除产生平动变形外，还将会产生扭转变形，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存在，两塔楼的相向运动的振动形态极有可能发生响应，此时连体结构受力很不利。

对多塔连体结构，因体型更为复杂，振动形态也将复杂，扭转效应更加明显。

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，竖向地震作用影响较明显。

重视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，如处理不当结构安全难以保证。

连接处理方式一般根据建筑方案与布置确定，可以有刚性连接以外的其它连接形式，每种连接方式的处理方式不同，均应进行详细分析与设计。

但应尽量采用刚性连接，必要时连接体结构可延伸至主体部分内筒，并与内筒可靠连接。