高层混凝土连体的结构设计方法

摘要：对于高层混凝土而言，一个比较独特的结构就是连体型的，这种结构不仅仅在视觉的层面上可以冲击人们的眼睛，而且可以把不同楼梯紧密的连在一起，功能效果更为突出。本文主要结合实例对高层混凝土连体结构的设计方法作阐述。

关键词：高层混凝土；连体结构；设计方法

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

连体高层建筑，这一结构，在近年才开始出现并且广受欢迎，但是在我国，并未大量的涌现，原因在于：对于连体结构来讲，需要很好地协调各建筑物承受的作用力，扭转效应非常的明显，受力复杂度比较高，故而设计的时候，难度很大，另外，连体结构的地震扭转效应特别的明显，设计的过程中就需要借助不同软件的分析计算获得高适合度的设计方案。

1、 实例概况

某建筑东西长为160m，南北长 220m，主楼纵向展开长度约240m，总建筑面积约4万m2。由于本建筑地下1层仅在西侧与西南侧有填土侧限，其余方向均与周围建筑通过防震缝分开，因此结构嵌固层标高设置在地下1层地面处。主体的结构为高层框架-剪力墙。对于剪力墙而言，其筒体定位在楼层的四个不同的角上。楼层和电梯间布设的剪力墙一共有四个，厚度从下到上，均介于三百五十毫米到两百毫米中间。建筑的连体一共为六层，而且结构关系对应较大的刚度，所以在连接的具体方式上选择的为强连接，借助于这种连接形式，塔楼以及连接体能够实现很好的连接。

2、设计方法

2.1连体的设计和实施

对于连体部分的设计来讲，复杂度最高的地方在于分析连体地方的受力结构。从结构竖向分析，建筑物因为跨度比较大，而且连体层比较多，故而荷载所产生的内力也是非常大的。在水平的方向上，连体这一段结构需要对两侧建筑进行很好地协调，避免地震荷载和风荷载下发生变形，可以说承担的水平内里也特别的大。

建筑物在风向的作用下，或者在水平方向上的地震的情况下，建筑物的大楼不但会伴随着震动或者摇摆出现同向的运动，而且还会出现相向运动，结构自身会出现平动变形以及扭转变形。工程里面，塔楼对应不同的刚度，具有很大的差距，故而在平东以及扭转振动发生耦连的条件下，结构整体就会出现高度明显的扭转，形态本身也更加的复杂化。

在严密计算的基础上，经过多个方面的严格比较，再加上认真地筛选，获得最终的设计方案。连接体和塔楼间具有可以相互协调的刚度，经过调控，建筑整体对应较好的扭转效应，并且按照相关的标准，连体对应的荷载、发生的变形、出现的应力都在标准的范围内。

工程条件下，连体地方对应的结构属于钢结构，这也是主要的受力主体，此外楼板使用的是钢筋混凝土。对于主受力结构选用的材质为Q345-B，位于底部的钢桁架（两层都有）对应的钢材为焊接H型。进行摄制的过程中，首先要对钢柱进行九十度的旋转，对于上三层也要对钢柱进行九十度的旋转，在节点的位置进行支撑。通过固接的手段连接钢柱、钢梁以及钢桁架。另外还需要固接连体横梁和斜撑与剪力墙筒。埋设H型钢到柱端，这个柱端指的是钢桁架横梁和斜撑以及剪力墙彼此连接的地方，通过强焊接，连接十层到十六层的钢构件和剖口。在十一、十三和十五这三层钢梁的区格中进行圆钢管的布置，用来进行钢支撑，这样连体结构位置的楼板对应的平面刚度就可以得到很好的保证。

2.2结构选材

连置选择的结构通常为钢或者混凝土，如果是混凝土，那么连体结构就要用三道巨型的桁架。如果钢结构，那么就需要于连体的位置进行三道桁架的布设，无论是选择哪种方案，因为不一样的选材，所以受力一定要和具体的要求相符合，一定要能够按照建筑物的具体情况进行比较权衡后作出最终的决定。

假设选定的方案为混凝土，这样无论是结构梁，还是斜撑或者柱，断面都会比较大，对于建筑师来讲，相关结构构件的会对美观必然会产生一定的影响。本建筑具有跨度大、连接层数多的特点，这就使得选用混凝土方案后结构自重预计将比选用钢结构方案多出近3646t，自重增加的同时，连接体两侧柱以及剪力墙的基础造价也一起增加。此建筑的连体部位相对较高，需要巨型桁架结构，所以需要有能够承受住所有连体处荷载的模板，且只有当所有桁架构件都达到强度要求之后才能将模板拆除，而且在模板拆除的时候还需要充分计算各方向的桁架受力作用，这样就不会在拆除模板的时候，桁架会发生瞬时加载，受到很大的消极影响。

如果结构选择的为钢，这样结构在重量上就可以得到适当的缩减，桁架截面对应的尺寸也可以得到降低，建筑物在整体上就会显得比较轻盈，比较空透，使用面积就可以得到有效地增加，而且造价相对来说也会比较低廉，施工速度也比较快，故而本工程最终选择了钢结构。

2.3整体计算

对结构进行设计的过程中，一定要对地震力予以充分的考虑，尤其是要分解扭转耦连振动产生的具体影响。运用三种不同的力学模型的三维空间分析软件分别进行位移以及整体内力的分析。将6度设防烈度、0.05的阻尼比以及Ⅱ类的场地类别等因素均考虑进去。工程的模型及荷载的输入运用的是PKPM结构分析软件系列中的PMCAD进行的。而SATWE主要负责工程结构的重点分析计算。最终结构对比校核的工作由TAT和PMSAP担当，并进行一定的补充计算分析。经过三种程序的主要计算分析，经过汇总可得到表1。其中的层刚比选择的数值为下部和上相邻楼层在侧向刚度上经过计算获得的平均值对应的百分之八十的数字，以及和相邻上层对应的侧向刚度之百分之七十，这两个数据经过比较，比较小的就是选择的层刚比。

表1据三种计算机软件得出的计算结果

3、结语

（1）对复杂度比较高的高层建筑进行分析的时候，如果仅仅借助于一个单一的程序，那么难度就比较得高，需要从不同程序出发，作出分析判断，获得最终的计算结果，本文分析的方法主要是SATWE，在此的基础上和TAT以及PMSAP进行结合比较，而后获得满意度比较高的结果。（2）对于复杂度比较高的高层建筑而言，扭转效应非常的明显，故而需要对扭转周期予以调整，要尽可能的减小，在本工程里面，选择的为连廊水平支撑的增加，这个增加可以借助于桁架刚度得到很好地实现和解决。（3）设计连体结构，一个核心的，也是关键性的问题在于连接连接体和建筑物，强连接被运用到了本工程里面，效果非常的显著，能够对受力协调予以完美的掌控。（4）如果高层建筑无论是在竖向，还是在水平的方向上，都是非常的不规则。那么一定要尽可能的注意对剪力墙和竖向这两个构件的具体设置，保证结构质量中心尽可能的接近刚度中心，据此，扭转效应可以得到有效的削减。

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个人简介：张宇霖（1988.6-）, 男，广西玉林人，助理工程师，学士学位，从事结构设计工作。