浅谈连体塔楼的结构设计分析

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近年来，随着社会经济的发展及新结构形式的需求与日俱增。在建筑迅速发展的历程中，高层建筑连体结构是一种非常复杂的结构体系，在施工时变结构体系承载机理的认识仍有不足之处，受力及变形同样把握不足，这就要我们在今后的设计和施工过程中加以解决。

一工程概况

某建筑面积地上103000m2，地下15000m2，地下室1层为车库，地上9层一16层(含2层裙楼)，高度36m一50m。共由15幢单体组成，部分建筑有两层裙房。为了给住户提供更多的室外活动空间，两塔楼在连体的第11层处作为空中花园使用，两塔楼之间的净距离为15m。

该工程建筑物抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.059，设计地震分组为第一组。建筑场地类别为Ⅳ类，基本风压值为0.60kN／m2，风载体型系数取I.4，地面粗糙度类别为B类。根据以上基本设计资料，设计时要考虑到各种因素，对建筑结构的布置和选型更是要进行了比较。

二空中连体结构方案比选

该工程设计时作为空中连体部分可供选择的结构方案有：①直接在两座塔楼之间设置钢梁或钢桁架，将支座处设为铰接或滑动连接；②在两座塔楼之间设置刚性连接的现浇钢筋混凝土梁；③分别从两座塔楼中悬挑钢桁架，中部断开成为两个相互独立的结构单元。

在1995年的日本阪神地震中，其架空连廊的震害情况表明：跨度大、位置高的连廊容易发生严重破坏；架空连廊偏心设置在建筑物端部时对抗震不利；根部刚接的连廊在地震中塌落的比较少，但一旦破坏塌落则主体结构破坏较严重；根部滑动连接的连廊在地震中容易塌落，但滑动连接的连廊破坏塌落对主体结构影响小。

本工程的连接体所在的楼层较高(9、10、11层)、跨度较大(15m)。如果采用直接相连的桁架对抗震极为不利。而从两座塔楼中悬挑钢桁架的结构方式，尽管可以使得结构成为两个相互独立的单元，但从建立的计算模型可以看出，由于连体结构的荷载比较大，且该部分楼层质量中心与刚度中心存在比较大的偏心，在地震作用下的振型曲线在这几层处出现拐点，说明该处地震反应强烈，且存在较明显的扭转效应，故排除了从两座塔楼各自悬挑钢桁架的结构方案。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3―2002第10.1.4条的规定，为了避免在本工程中出现超过两种复杂结构类型，在选择空中连体结构体系时，本工程采用在两座塔楼之间设置刚性连接结构的方案。

三结构整体分析

由于该空中连体结构跨度达到15m，9层和10层作为住宅使用，11层作为空中绿化和人们休闲活动的场所使用，其荷载较大。本工程整体结构计算采用SATWE空间计算程序，空中连体以整体结构型式输入。由于空中连体结构属于竖向不规则结构，故在两侧塔楼的设计中针对塔楼的结构进行了优化，以考虑上部结构的连体情况。两座塔楼建筑平面设计上相同，并形成结构布置合理的建筑平面，平面呈矩形状，塔楼结构将电梯井道置于平面的中心形成内筒，然后利用电梯井道周围的走廊墙、卫生间墙等形成外筒，建筑四周外墙布置框架柱，塔楼结构实际上形成了框筒结构。空中连体结构所在层结构平面形成两边均有筒体的对称结构，分别在第9、10、1l层结构平面相互连接，连接体刚度较强，刚度中心与质量中心较吻合，所以具有良好的结构整体性和抗震性能。

由于在结构概念设计上的合理性，经整体结构分析计算，该结构在地震作用下的振型曲线在空中连体结构部位平滑过渡，没有出现拐点现象，说明该处地震反应不明显，且无明显的扭转效应存在，只是在出屋面的梯间等小结构方面由于结构的刚度存在突变，在振型曲线上存在拐点，这是鞭梢效应所致。因此，整体结构合理可行，采用非预应力现浇砼结构施工方便简单，受到业主和施工单位的欢迎和好评。

四构造措施

⑴空中连体结构的楼板与相连的塔楼楼板整体浇注，板厚加大，且采用双层双向配筋加强；⑵作为空中连体结构支撑构件的框架柱其等级由4级提高到3级，箍筋沿柱全高加密，适当提高柱子的配筋率，以增强抗震性能；⑶加强与空中连体结构层相邻的上下层的竖向构件，提高其承载能力及延性，并对相应节点进行加强；⑷通过适当增加梁截面的高度，并在梁支座处加腋，减少了梁跨中的挠度值，以满足人员活动的舒适感；⑸下层窗顶至上层窗台高度范围内设立梁，使其既不影响正常使用，又能适应竖向荷载、风荷载及地震作用的变形。

五结束

⑴由于空中连体结构的设置，其质量较大，在结构整体计算分析时要注意分析其协调性，在地震作用下将产生较大的变形集中现象，应采取相应的加强措施。⑵架空连廊通常连接的是两幢具有不同振动特性的建筑物，选用连廊的结构形式和连接节点方式时，应根据其跨度、高度位置不同采用有利于抗震的方案。⑶在结构设计中，可以采用整体与局部相结合的计算分析方法，以提高工作效率。⑷对于薄弱环节，应采取构造加强措施，提高局部构架与主体结构的整体性。

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