连体高层建筑结构设计

更新时间:2024-03-08 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:7703 浏览:31574

摘 要连体结构是指除裙楼以外,两个或两个以上塔楼之间带有连接体的结构.连体结构是高层建筑中较为薄弱的部分,这对高层连体结构的设计提出了更高的要求.震害经验表明,地震区的连体高层建筑破坏严重,两个主体结构高度不相等或体型、面积和刚度不同时,连体破坏尤为严重.因此,连体高层建筑是一种抗震性能较差的复杂结构形式.

关 键 词连接体;高层建筑;地震反应;受力特点

中图分类号TU97文献标识码A文章编号1674-6708(2013)95-0070-02

1连体结构的形式及特点

目前连体高层建筑结构主要有两种形式.

1.1架空连廊式

既两个结构单元之间设置一个或多个连廊,连廊的跨度从几米到几十米不等,连廊的宽度一般约在10m之内.架空连廊式连体结构的连接体部分结构较脆,对两侧塔楼基本不起约束作用,因此这类连体结构一般做成弱连接.


1.2凯旋门式

也称门式高层结构,整个结构类似一个巨大的“门框”.凯旋门式连体结构的连接体部分一般包含多个楼层,具有足够的刚度,可使两边受力协调、变形协调,让左右两塔楼共同工作,因此这类结构一般做成强连接.

2连体结构的分类

根据连接方式可将连体结构分为两类.

2.1强连接方式

若连体结构具有足够刚度,能够让主体结构受力及变形协调,可使其连体方式做成强连接.做成强连接的高层连体结构,尤其是连接处的受力较大,要同时承受重力荷载和两侧高层塔楼变形、振动产生的作用效应.因此对连接处的构造处理及连体本身刚度的确定尤为重要.

2.2弱连接方式

连接体本身刚度较弱、质量较轻,无法使两侧结构共同工作,就可将其做成弱连接体,即连接体一端铰接一端滑动,或两端做成滑动支座.其中滑动支座的做法尤为重要.

3连体结构的受力特点

3.1连接体受力复杂

连接体连接两侧结构,受力复杂.要同时承受水平荷载时协调两侧结构变形的作用力和竖向地震力,尤其是在连体结构有较大跨度时,竖向地震力的作用效应更为明显.

3.2扭转效应明显

连体结构自振振型较为复杂,扭转振型丰富,扭转性能差.两侧结构的不对称性会使连体结构的扭转效应加剧.即使两侧结构是对称分布,但两侧结构的运动方式会随内部结构、质量分布的改变而发生改变,除了同向运动之外仍可能发生相对运动,该振动形态是与整体结构的扭转振型耦合在一起的.

3.3连接体两端结构连接方式

连体结构两端的连接方式是影响整体结构的受力性能的重要因素.连接方式一般有刚性连接、铰接、滑动连接等,处理方式根据建筑方案及结构布置确定.

3.4连接体的刚度问题

连体结构中部刚度小,而此部位混凝土强度等级又低于下部结构,从而使结构薄弱部位由结构底部转移到连体结构中塔楼(两侧结构)的中下部,设计中应予以充分注意.

4连体结构的设计要点

1)连体高层建筑的自振振型较为复杂,有顺向振型和反向振型.高层建筑的连体原因让各楼塔之间的振动相互耦合,结构沿竖向的刚度和质量也因连接体的设置分布也不均匀,以致连体结构自振振型复杂.连体结构的扭转性能差,且扭转振型也丰富多样,尤其是在地震作用下扭转反应很大,结构延性较差,容易发生脆性破坏.连体高层建筑应采用三位空间分析方法进行整体计算,主体结构与连接体均应参与整体分析;

2)架空的连接体对属相地震的反应比较敏感,尤其是跨度较大、自重较大的连接体的竖向地震反应很明显.通过大量的震害经验,竖向地震力造成的破坏在各次地震中是普遍、客观存在的,建筑设计规范制定的重要原则是取建筑设计基准期内的最不利荷载作为设计依据.在地震震中区,地震震动主要是以竖向震动为主,也起了明显的主要破坏作用,因此一般建筑在9度抗震设计,连接体结构在8度抗震设计时应同时考虑竖向地震荷载和水平地震荷载的共同作用.其竖向地震作用计算方式应按振型分解法或时程分析法.如为近似考虑,则其竖向地震作用标准值可取连接体重力荷载代表值的10%,并按构件所分担的重力荷载值得比例进行分配;

3)连体结构及相邻结构构件的抗震等级:抗震等级是多层和高层钢筋混凝土结构、构件进行抗震设计计算和确定构造措施的设计等级标准,不同结构体系应有不同的抗震等级要求.此外,同一结构的不同部位其抗震要求应区别对待.在做连接体的抗震等级设计时应在原设计等级基础上提高一级.若原抗震等级为特一级则不再提高;

4)连接体结构应加强构造措施.结构设计应满足“小震不坏,大震不倒”的抗震设防标准.抗震设计更重要的是注重概念设计,即“三分计算,七分构造”,根据工程经验对结构中薄弱部位进行加强.

5)应考虑不同材料连接体结构的抗震、减震的一系列问题.人们对建筑功能的要求日益俱增,建筑结构形式也随之变得复杂.主要体现在:(1)钢连廊连接方式常被使用;(2)不同材料、不同结构类型组成的组合结构;(3)在结构的薄弱部位加设耗能器,形成受控结构体系.高层连体结构建筑的两侧塔楼或各独立部分宜有相同或相近的体型和刚度,7度、8度抗震设计时,在质量和刚度相差较大的两侧结构,不宜简单采用强连接方式,应采用弹塑性静力或动力分析方法.

6)计算分析评估.《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定:复杂型体的高层建筑分析应符合以下要求:(1)至少采用两种计算模型的三维空间软件对其整体内力位移进行分析;连体结构连接部位因构造特殊、受力复杂,宜采用有限元模型进行建模整体分析,对连接体部位应采用弹性楼盖进行计算;(2)当考虑抗震计算时,平扭耦联计算结构的扭转效应予以考虑,考虑振型数应大于等于15,多塔楼结构振型数应大于塔楼数的9倍,且计算振型数应使振型参与质量大于等于总质量的90%;(3)应用弹性时程方法分析计算;(4)薄弱层弹塑性变形宜采用弹塑性静力或动力分析方法验算.

5结论

总而言之,高层连体结构是一种从构造和受力来说较为复杂的结构体系,对此工程中应用至少两种的计算模型对其进行弹性、弹塑性分析,结果整理、对比.加强连体结构的概念性设计,凭借工程经验从构造上对整体结构予以调整并对其薄弱部位进行加强,来满足其使用要求及抗震设防要求.