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摘要:连体结构是一种较为新型的结构形式，与单体结构相比，连体结构在结构设计上显得更为复杂。为此，本文结合具体高层建筑工程实例，对连接体结构的结构设计进行了研究，介绍了结构选型及分析、地基基础的设计、计算模型的处理及构造措施等，为类似工程结构设计提供参考。
关键词:高层建筑；连体结构；设计；地震作用；构造措施
中图分类号：TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
某建筑工程，项目占地面积约2.7万m2，建筑面积49000m2。±0.000相当于绝对标高12.050m。建筑基本风压值为0.75kN/m2。抗震设防烈度为7度(设计基本地震加速度值为0.30g)，设计地震分组为第一组，场地土类别为Ⅱ类。
本工程地下室为大底盘，层数为1层;地上为连体结构，主体结构分别为南侧主楼和北侧两栋辅楼，其中，主楼12层，建筑高度为52.10m，两栋辅楼均为6层，建筑高度均为28.20m。连接体1位于两栋辅楼之间，在层3，5将两栋辅楼连接起来，建筑功能为会议室，连接形式为强连接;连接体2位于两栋辅楼与主楼之间，在层3，5，7分别与主楼连，建筑功能为连廊，连接形式为弱连接。各部分平面布置示意见图1。
图1平面布置示意图/m
本工程主体结构均采用全现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构;连接体结构均采用钢结构实腹梁+钢筋混凝土楼板结构，其中连接体1与两栋辅楼的钢骨混凝土柱为刚性连接，连接体2一端与两栋辅楼的南端剪力墙为固定铰连接，另一端通过设滑移支座支承在主楼的支座大梁上。另外，本工程主楼屋顶上设置了轻型屋面的坡屋顶造型，该处采用钢结构构架方案。本工程基础形式采用桩基础+钢筋混凝土防水板，桩型为预应力高强混凝土管桩(PHC)。
2地基与基础
根据勘察报告，场地地下水对混凝土结构具有弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。场地土对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。从勘察报告中各项指标可以看出，场地土及地下水对混凝土结构腐蚀性均比较轻微，因此本工程混凝土耐久性设计时将与地下水、场地土直接接触的预应力高强混凝土管桩，以及与地下水、场地土未直接接触的地下室外墙、板按照Ⅲ类环境类别进行设计。
3上部结构体系
本工程为连体结构，通过三个连接体将三栋建筑两两相连，见图2。其中，连接体1跨度为25.8m，宽度为21.3m，标高分别为8.4，17.6m。连接体2跨度为16.8m，宽度为5.1m，標高分别为9.3，17.1，24.9m。三栋建筑相连后平面总尺度较大，为122m×87m。
对于连接体1，由于所连两栋建筑物高度不高且刚度接近，同时连接体自身平面尺寸较大，平面内刚度较大，因此采用强连接结构，在地震和温度等作用下能使两栋辅楼整体协调受力、变形。此时，将两栋辅楼作为一个整体进行结构设计。对于连接体2，由于所连两栋建筑物高度不一，刚度相差较大，且连接体自身平面尺寸较小，平面内刚度较小，因此采用弱连接结构。
考虑到两栋辅楼通过连接体1相连后平面尺寸相对较大、刚度较大，同时连接体2与辅楼连接支座处能设置钢筋混凝土剪力墙，与主楼连接支座处为框架梁，因此将连接体2与辅楼相连处设为铰接，与主楼相连处设为滑动支座。此时，将主楼、两栋辅楼作为独立的两个结构单元进行结构设计，仅将连接体2作为荷载加至相应连接部位的结构构件上。同时，连接体滑动支座处支座滑移量需满足在罕遇地震作用下两侧支座的自由滑移量，以避免出现连接体滑落或连接体与主体结构发生碰撞而对主体结构造成破坏。
3.1主体结构
本工程主体结构均采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构，框架抗震等级二级，剪力墙抗震等级一级。
主楼平面尺寸为122m×22.8m，长宽比较大(5.35＞5)，由于建筑功能及立面需要，未设置伸缩缝和防震缝。为加强结构整体协调，保证平面内楼板刚度，楼板厚度均加厚至120mm。另外，为减小温度伸缩及混凝土干缩影响，本工程采取如下措施:1)将主楼顶部建筑坡屋顶设置为钢结构坡屋顶，为混凝土屋面增加架空层;2)每隔30～40m设置施工后浇带;3)提高顶层楼板配筋率;4)在建筑上要求采取外保温措施。
对屋顶钢结构坡屋顶部分，坡屋面采用钢结构骨架及钢檩条，上铺屋面瓦。
辅楼经连接体1相连后平面尺寸为111m×47.1m，同样未设置伸缩缝和防震缝。为加强结构整体协调，保证平面内楼板刚度，楼板厚度均加厚至120mm。另外，为减小温度伸缩及混凝土干缩影响，辅楼采取了与主楼相同的措施。
3.2连接体
本工程两个连接体均采用H型实腹钢梁结构，并均考虑竖向地震作用的影响。对连接体1，为尽可能实现刚接效果，在连接处支座柱采用钢骨混凝土柱，柱内型钢部分与钢梁进行刚性连接。对连接体2，由于采用弱连接方式，在连接处设置较大截面的钢筋混凝土梁，将钢梁分别伸至钢筋混凝土梁顶面并设置支座，以避免罕遇地震时连接体跌落。滑动支座处采用双向长圆孔方式。
4结构计算与分析
由于两栋辅楼之间采用的连接形式为强连接，因此两栋辅楼及连接体1需作为一个结构单元进行整体分析方可计算出结构的真实反应。同时，考虑到连接体1对本工程的重要性，对钢梁按中震弹性进行校核，对支承连接体1的支承构件按大震不屈服进行校核。
由于连接体2平面尺寸及刚度均较小，与主楼间的连接形式为滑移铰支座，因此主、辅楼可按两个独立的结构单元进行计算分析。此时可将连接体2作为荷载施加到主、辅楼相应支承构件上进行计算分析。另外，由于滑移支座的位移量需按最大位移量进行设置，因此还需采取合适的计算分析办法对结构在罕遇地震作用下的节点位移进行计算，以保证在滑移支座处连接体2不会与主体结构发生碰撞。本工程采用的计算分析方法为:1)采用PKPM系列中SATWE(墙元)结构分析程序(2008年1月版)对主楼、辅楼分别进行结构计算与分析，并对楼补充进行了多遇地震下的弹性时程分析。主方向地震加速度最大值为110cm/s2，地震波选取为:天然波TH1TG035(地震地点:MT．DIABLO，LIVERMORE)，特征周期0.35s;天然波TH2TG035(地震地点:SANFERNANDO)，特征周期0.35s;人工波RH1TG035，特征周期0.35s。2)对主楼、辅楼在罕遇地震作用下节点位移，采用PKPM系列中EPDA软件进行计算。主方向地震加速度最大值为510cm/s2，地震波选取同第1)条。3)为保证结构安全，将主楼、辅楼进行整体补充计算以校核整体计算指标，同时也对连接体2进行计算。
4.1主楼、辅楼多遇地震作用下单独计算结果
经计算，主楼、辅楼在多遇地震作用下单独分析主要计算结果如表1～3所示，从表中可以看出，结构在多遇地震作用下各计算指标均满足规范要求，同时主楼弹性时程分析结果也满足规范要求。
表1 多遇地震下结构前3阶振型的周期
表2多遇地震下结构底层地震剪力
表3最大层间位移角及位移比
4.2主楼、辅楼罕遇地震作用下单独计算结果
罕遇地震作用下主楼、辅楼在连接体2支座节点处最大位移计算结果见表4，5。由表可以看出，本工程在连接体2与主楼之间设置防震缝宽度为200mm即可满足要求。
表4 罕遇地震下主樓最大节点位移/mm
表5罕遇地震下辅楼最大节点位移/mm
4.3主楼+辅楼整体计算结果
主楼与辅楼进行整体计算分析主要结果见表6。从整体振动反应来看，第1～3阶振型为主楼振动，第4～6阶振型为辅楼振动，且周期值与平扭转系数与主、辅楼分别计算时基本一致，因此，本工程以主、辅楼单独分析进行设计是合理的。
表6整体结构前6阶振型的周期
5构造措施
除常规构造措施之外，本工程需对连接体的连接构造上采取一定措施以保证结构安全。
对连接体1，为尽可能实现与主体结构的刚接效果，在连接处支座柱采用钢骨混凝土柱(钢骨分别下插、上延各一层)，同时柱内型钢部分与钢梁进行刚性连接并将钢梁伸过一跨，以保证刚性节点的效果，见图2。
图2连接体1钢梁与钢骨连接剖面图
对连接体2，需考虑在极端情况下出现连接体与主体结构之间位移差过大时，连接体2脱落或与主体结构相撞时的构造，具体措施如下:
(1)防跌落措施
连接体2钢梁分别支承在辅楼的剪力墙和主楼的框架梁上，为防止连接体2跌落，本工程将连接体2的支座深度加大，设定为400mm。剪力墙中固定铰支座处做法采用在剪力墙上预留洞口+安装钢梁+后浇洞口的方式进行。
(2)防撞击措施
当出现极端情况，连接体2与主体结构间反向位移差过大时，如连接体2与主体结构碰撞，会引起连接体2相应杆件失去承载能力，导致结构失效，因此需设置一定的防撞击措施。本工程采取在主体结构上与连接体2构件对应位置设30mm厚的橡胶层，以缓冲撞击时的集中力，保护结构构件，见图3。
图3 防撞击措施示意图
6结论
综上所述，高层建筑连体结构是一种非常复杂的结构体系，作为结构设计人员应结合连接体的使用功能、所在位置、刚度大小以及主体结构的特点，进行科学设计，克服不利因素，避免和减少结构可能出现的薄弱部位。实践证明，本工程的连体结构设计措施是有效的，有效保证了整个结构的抗震性能，确保结构的安全，其设计经验值得今后类似工程借鉴。
参考文献
[1] 赵玉红;焦亚娟.有关高层建筑连体结构设计受力特点与设计要点的探讨[J].城市建设理论研究,2011年第23期
[2] 严敏;李立树;芮明倬;汪大绥;黄健;洪小永.苏州东方之门刚性连体超高层结构设计[J].建筑结构,2012年05期
关键词:高层建筑；连体结构；设计；地震作用；构造措施
中图分类号：TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
某建筑工程，项目占地面积约2.7万m2，建筑面积49000m2。±0.000相当于绝对标高12.050m。建筑基本风压值为0.75kN/m2。抗震设防烈度为7度(设计基本地震加速度值为0.30g)，设计地震分组为第一组，场地土类别为Ⅱ类。
本工程地下室为大底盘，层数为1层;地上为连体结构，主体结构分别为南侧主楼和北侧两栋辅楼，其中，主楼12层，建筑高度为52.10m，两栋辅楼均为6层，建筑高度均为28.20m。连接体1位于两栋辅楼之间，在层3，5将两栋辅楼连接起来，建筑功能为会议室，连接形式为强连接;连接体2位于两栋辅楼与主楼之间，在层3，5，7分别与主楼连，建筑功能为连廊，连接形式为弱连接。各部分平面布置示意见图1。
图1平面布置示意图/m
本工程主体结构均采用全现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构;连接体结构均采用钢结构实腹梁+钢筋混凝土楼板结构，其中连接体1与两栋辅楼的钢骨混凝土柱为刚性连接，连接体2一端与两栋辅楼的南端剪力墙为固定铰连接，另一端通过设滑移支座支承在主楼的支座大梁上。另外，本工程主楼屋顶上设置了轻型屋面的坡屋顶造型，该处采用钢结构构架方案。本工程基础形式采用桩基础+钢筋混凝土防水板，桩型为预应力高强混凝土管桩(PHC)。
2地基与基础
根据勘察报告，场地地下水对混凝土结构具有弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。场地土对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。从勘察报告中各项指标可以看出，场地土及地下水对混凝土结构腐蚀性均比较轻微，因此本工程混凝土耐久性设计时将与地下水、场地土直接接触的预应力高强混凝土管桩，以及与地下水、场地土未直接接触的地下室外墙、板按照Ⅲ类环境类别进行设计。
3上部结构体系
本工程为连体结构，通过三个连接体将三栋建筑两两相连，见图2。其中，连接体1跨度为25.8m，宽度为21.3m，标高分别为8.4，17.6m。连接体2跨度为16.8m，宽度为5.1m，標高分别为9.3，17.1，24.9m。三栋建筑相连后平面总尺度较大，为122m×87m。
对于连接体1，由于所连两栋建筑物高度不高且刚度接近，同时连接体自身平面尺寸较大，平面内刚度较大，因此采用强连接结构，在地震和温度等作用下能使两栋辅楼整体协调受力、变形。此时，将两栋辅楼作为一个整体进行结构设计。对于连接体2，由于所连两栋建筑物高度不一，刚度相差较大，且连接体自身平面尺寸较小，平面内刚度较小，因此采用弱连接结构。
考虑到两栋辅楼通过连接体1相连后平面尺寸相对较大、刚度较大，同时连接体2与辅楼连接支座处能设置钢筋混凝土剪力墙，与主楼连接支座处为框架梁，因此将连接体2与辅楼相连处设为铰接，与主楼相连处设为滑动支座。此时，将主楼、两栋辅楼作为独立的两个结构单元进行结构设计，仅将连接体2作为荷载加至相应连接部位的结构构件上。同时，连接体滑动支座处支座滑移量需满足在罕遇地震作用下两侧支座的自由滑移量，以避免出现连接体滑落或连接体与主体结构发生碰撞而对主体结构造成破坏。
3.1主体结构
本工程主体结构均采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构，框架抗震等级二级，剪力墙抗震等级一级。
主楼平面尺寸为122m×22.8m，长宽比较大(5.35＞5)，由于建筑功能及立面需要，未设置伸缩缝和防震缝。为加强结构整体协调，保证平面内楼板刚度，楼板厚度均加厚至120mm。另外，为减小温度伸缩及混凝土干缩影响，本工程采取如下措施:1)将主楼顶部建筑坡屋顶设置为钢结构坡屋顶，为混凝土屋面增加架空层;2)每隔30～40m设置施工后浇带;3)提高顶层楼板配筋率;4)在建筑上要求采取外保温措施。
对屋顶钢结构坡屋顶部分，坡屋面采用钢结构骨架及钢檩条，上铺屋面瓦。
辅楼经连接体1相连后平面尺寸为111m×47.1m，同样未设置伸缩缝和防震缝。为加强结构整体协调，保证平面内楼板刚度，楼板厚度均加厚至120mm。另外，为减小温度伸缩及混凝土干缩影响，辅楼采取了与主楼相同的措施。
3.2连接体
本工程两个连接体均采用H型实腹钢梁结构，并均考虑竖向地震作用的影响。对连接体1，为尽可能实现刚接效果，在连接处支座柱采用钢骨混凝土柱，柱内型钢部分与钢梁进行刚性连接。对连接体2，由于采用弱连接方式，在连接处设置较大截面的钢筋混凝土梁，将钢梁分别伸至钢筋混凝土梁顶面并设置支座，以避免罕遇地震时连接体跌落。滑动支座处采用双向长圆孔方式。
4结构计算与分析
由于两栋辅楼之间采用的连接形式为强连接，因此两栋辅楼及连接体1需作为一个结构单元进行整体分析方可计算出结构的真实反应。同时，考虑到连接体1对本工程的重要性，对钢梁按中震弹性进行校核，对支承连接体1的支承构件按大震不屈服进行校核。
由于连接体2平面尺寸及刚度均较小，与主楼间的连接形式为滑移铰支座，因此主、辅楼可按两个独立的结构单元进行计算分析。此时可将连接体2作为荷载施加到主、辅楼相应支承构件上进行计算分析。另外，由于滑移支座的位移量需按最大位移量进行设置，因此还需采取合适的计算分析办法对结构在罕遇地震作用下的节点位移进行计算，以保证在滑移支座处连接体2不会与主体结构发生碰撞。本工程采用的计算分析方法为:1)采用PKPM系列中SATWE(墙元)结构分析程序(2008年1月版)对主楼、辅楼分别进行结构计算与分析，并对楼补充进行了多遇地震下的弹性时程分析。主方向地震加速度最大值为110cm/s2，地震波选取为:天然波TH1TG035(地震地点:MT．DIABLO，LIVERMORE)，特征周期0.35s;天然波TH2TG035(地震地点:SANFERNANDO)，特征周期0.35s;人工波RH1TG035，特征周期0.35s。2)对主楼、辅楼在罕遇地震作用下节点位移，采用PKPM系列中EPDA软件进行计算。主方向地震加速度最大值为510cm/s2，地震波选取同第1)条。3)为保证结构安全，将主楼、辅楼进行整体补充计算以校核整体计算指标，同时也对连接体2进行计算。
4.1主楼、辅楼多遇地震作用下单独计算结果
经计算，主楼、辅楼在多遇地震作用下单独分析主要计算结果如表1～3所示，从表中可以看出，结构在多遇地震作用下各计算指标均满足规范要求，同时主楼弹性时程分析结果也满足规范要求。
表1 多遇地震下结构前3阶振型的周期
表2多遇地震下结构底层地震剪力
表3最大层间位移角及位移比
4.2主楼、辅楼罕遇地震作用下单独计算结果
罕遇地震作用下主楼、辅楼在连接体2支座节点处最大位移计算结果见表4，5。由表可以看出，本工程在连接体2与主楼之间设置防震缝宽度为200mm即可满足要求。
表4 罕遇地震下主樓最大节点位移/mm
表5罕遇地震下辅楼最大节点位移/mm
4.3主楼+辅楼整体计算结果
主楼与辅楼进行整体计算分析主要结果见表6。从整体振动反应来看，第1～3阶振型为主楼振动，第4～6阶振型为辅楼振动，且周期值与平扭转系数与主、辅楼分别计算时基本一致，因此，本工程以主、辅楼单独分析进行设计是合理的。
表6整体结构前6阶振型的周期
5构造措施
除常规构造措施之外，本工程需对连接体的连接构造上采取一定措施以保证结构安全。
对连接体1，为尽可能实现与主体结构的刚接效果，在连接处支座柱采用钢骨混凝土柱(钢骨分别下插、上延各一层)，同时柱内型钢部分与钢梁进行刚性连接并将钢梁伸过一跨，以保证刚性节点的效果，见图2。
图2连接体1钢梁与钢骨连接剖面图
对连接体2，需考虑在极端情况下出现连接体与主体结构之间位移差过大时，连接体2脱落或与主体结构相撞时的构造，具体措施如下:
(1)防跌落措施
连接体2钢梁分别支承在辅楼的剪力墙和主楼的框架梁上，为防止连接体2跌落，本工程将连接体2的支座深度加大，设定为400mm。剪力墙中固定铰支座处做法采用在剪力墙上预留洞口+安装钢梁+后浇洞口的方式进行。
(2)防撞击措施
当出现极端情况，连接体2与主体结构间反向位移差过大时，如连接体2与主体结构碰撞，会引起连接体2相应杆件失去承载能力，导致结构失效，因此需设置一定的防撞击措施。本工程采取在主体结构上与连接体2构件对应位置设30mm厚的橡胶层，以缓冲撞击时的集中力，保护结构构件，见图3。
图3 防撞击措施示意图
6结论
综上所述，高层建筑连体结构是一种非常复杂的结构体系，作为结构设计人员应结合连接体的使用功能、所在位置、刚度大小以及主体结构的特点，进行科学设计，克服不利因素，避免和减少结构可能出现的薄弱部位。实践证明，本工程的连体结构设计措施是有效的，有效保证了整个结构的抗震性能，确保结构的安全，其设计经验值得今后类似工程借鉴。
参考文献
[1] 赵玉红;焦亚娟.有关高层建筑连体结构设计受力特点与设计要点的探讨[J].城市建设理论研究,2011年第23期
[2] 严敏;李立树;芮明倬;汪大绥;黄健;洪小永.苏州东方之门刚性连体超高层结构设计[J].建筑结构,2012年05期