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摘要：某项目由两个塔楼以及大跨连廊的高层连体结构，其两栋楼的结构不一样，所用材料也不一样，连接采用刚性连接，这给结构设计提出了挑战。本文根据工程实例，对于其连体结构的抗震措施以及受力性能进行分析。
关键词：高层建筑；连体结构；受力分析
1、工程概况
工程项目为两栋高层办公建筑，地下一层，地上16层，工程设置了2条抗震缝，将本工程分为两个塔楼和一个高层连体结构，本文仅对高层连体结构进行分析。连体结构左端塔楼1层层高5.5m，2～3层层高4.5m，4层以上层高均为3.6m。连体结构右端塔楼1层层高5.0m，2～3层层高4.2m，4层以上层高均为3.5m。在标高40.9m～59.9m处通过连接体形成连体结构，设计为3层楼面和一层屋面，层高分别为7.2m、7.3m、4.5m。连接体两端与塔楼刚性连接，采用型钢梁加压型钢板混凝土组合楼盖，跨度为23.7m。
2、主要设计参数
本工程设计使用年限为50年，安全等级为二级，建筑抗震设防列别为丙类，地基基础设计等级为甲级。抗震设防烈度为6度（0.05g），设计地震分组为第一组。地震影响系数按《建筑抗震设计规范》 （GB50011-2010）采用，水平地震影响系数最大值为αmax=0.04，建筑场地土类别为Ⅲ类，特征周期Tg=0.45，周期折减系数取0.75，结构阻尼比为0.05，仅对连接体钢结构部分计算时，结构阻尼比取0.04。框架、剪力墙抗震等级为三级，连接体及与连接体相邻的结构构件抗震等级为二级。根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001） （2006年版），基本风压为Wo=0.35kN/m2，体型系数为1.3，地面粗糙度按C类考虑。
3、结构布置及采取的抗震技术措施
本工程建筑平面较狭长，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）（以下简称高规）规定：连体结构各独立部分宜有相同或相近的体型、平面和刚度。通过合理设置2道抗震缝，使连体结构两边的塔楼采用基本一致的体型、平面和刚度，可以在一定程度上减小复杂的耦联振动，对抗震有利。
连接体两端塔楼采用框架-剪力墙结构，与连接体相连的框架柱采用型钢混凝土柱，连接体采用焊接H型钢梁，钢梁上通过栓钉连接压型钢板，再浇筑混凝土。连接体钢梁与两端塔楼型钢混凝土柱采用刚性连接，钢结构次梁与主梁铰接。连接体每层均相同处理，结构平面布置见图1。
根据《高规》规定：连接体结构可设置钢梁、钢桁架和型钢混凝土梁，型钢应伸入主题结构并加强锚固。本项目连接体两端塔楼的型钢混凝土柱均往下延伸一层，连接体钢梁连续伸入两端塔楼内，即与钢梁相邻的梁采用型钢混凝土梁。连接体钢梁H型钢尺寸为1500X600X20X50，与之相连的型钢混凝土梁为500X800，型钢尺寸为H450×200×10×20。连接体每层两端均设置型钢混凝土梁。
由于连体结构总体为一开口薄壁构件，扭转性能较差，连接体及与连接体相连的结构构件受力复杂，易形成薄弱部位，必须予以加强。根据《高规》：抗震设计时，连接体及与连接体相邻的结构构件的抗震等级应提高一级采用，一级提高至特一级。两端塔楼框架和剪力墙抗震等级为三级，连接体及其相邻结构构件抗震等级为二级。与连接体钢梁相连的型钢混凝土柱截面尺寸为800X900，型钢尺寸为H 500×600×20×25，柱配筋率为1.4%。根据《高规》：连接体结构应加强构造措施，连体结构的边梁截面宜加大，楼板厚度不宜小于150mm，宜采用双层双向钢筋网，每层每方向钢筋网的配筋率不宜小于0.25%。连接体每层楼板采用压型钢板混凝土组合楼盖，混凝土板最薄处为100mm，最厚处为175mm。连体位置两端塔楼采用150mm厚钢筋混凝土楼板，见连体部分楼板加强区域示意图2。加强区域范围内钢筋全部拉通，使连接体部分更能有效抵抗板内可能出现的拉应力。
4、多遇地震下结构计算结果
本工程主体结构采用SATWE（2010年版本）和PM-SAP（2010年版本）两种计算程序进行结构整体分析。
1）周期及剪重比。分析时采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法进行计算。分别计算其固有振动特性，振动周期计算结果见表1。振型数取为30，振型参与质量大于总质量的90%，满足高规要求。SATWE软件计算本工程总质量为294623kN，第3振型为两塔楼自身相对平动引起的扭转，周期比为T3/ T1=0.779<0.85；X方向地震作用下，左塔和右塔的基底剪力分别为2103kN、2409kN，剪重比为1.49%、1.57%；Y方向地震作用下，左塔和右塔的基底剪力分别为2339kN、2520kN，剪重比为1.66%、1.64%。
PM-SAP计算结果总体上与SATWE结果很接近。PM-SAP计算的结构总质量为288354kN。计算振型数为30，振型参与质量大于总质量的90%，满足高规要求。取扭转质量参与系数大于50%的第3周期作为结构扭转为主的第1自振周期，周期比T3/ T1=0.737<0.85。X方向地震作用下，左塔和右塔的基底剪力分别为2023kN、2505kN，剪重比分别为1.45%、1.69%；Y方向地震作用下，左塔和右塔的基底总剪力为2420kN、2584kN，剪重比为1.73%、1.74%。
2）水平位移及层间位移角。《高规》规定：在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍；按弹性方法计算的高度不大于150米的高层框架-剪力墙结构的楼层层间最大位移与层高之比不宜大于1/800。
本工程验算位移比时，考虑双向地震作用，采用整体模型计算（计算模型中的各个楼层，采用强制刚性楼板假定）。SATWE模型在X、Y方向双向地震作用下的楼层最大位移分别为29.13mm、30.48mm，PM-SAP模型在X、Y方向双向地震作用下的楼层最大位移分别为26.15mm、26.79mm，结构地震响应位移计算结果见表2，两种软件计算结果均满足规范要求。
5、连接体结构施工阶段设计
由于两塔楼在40.9m高空处相连，如何保证施工的可行性和安全性成为一个难点。设计初期考虑高支模方案，此方案施工周期长，造价高，
且存在一定的风险性，很快被否决。施工单位提出采用汽车吊，难点在于将4道主钢梁吊装和就位拼接，经计算，400t级吊车能满足施工要求。为配合使用汽车吊并减少施工难度，设计时将型钢梁柱节点设计为牛腿形式，型钢梁柱节点连接在工厂完成，避免现场施工增加难度，同时也提高了节点的可靠性。由于连接体跨度为23.7m，主钢梁必须进行拼接，设计时考虑将拼接节点位置留置在型钢梁应力较小处，型钢梁在施工现场地面拼接后再整体吊装就位，每跨主型钢梁仅在两端头高空施工节点。连体部分钢梁吊装就位后如图3。钢梁就位后再铺设压型钢板，设计考虑压型钢板不设支撑应能承受施工阶段活荷载。
考虑到建筑投入使用后，钢结构工程在高空的维护不便，在连体结构最下面一层钢梁下设置了检修马道，方便后期的使用和维护。
6、结束语
综上所述，通过对大跨、高位、局部错层的连体结构分析计算，设计采用了多种有效的抗震技术措施，详细分析了这类型钢梁-压型钢板混凝土组合楼盖形式的连体结构的受力性能，并有效解决了施工中出现的难题，保证了工程的质量，取得了良好的社会和经济效益。
参考文献：
[1]JGJ3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[2]型钢混凝土组合结构技术规程JGJ138-2001.
[3]张维斌.多层及高层钢筋混凝土结构设计释疑及工程实例[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
[4]李国胜高层混凝土结构抗震设计要点、难点及实例[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.
关键词：高层建筑；连体结构；受力分析
1、工程概况
工程项目为两栋高层办公建筑，地下一层，地上16层，工程设置了2条抗震缝，将本工程分为两个塔楼和一个高层连体结构，本文仅对高层连体结构进行分析。连体结构左端塔楼1层层高5.5m，2～3层层高4.5m，4层以上层高均为3.6m。连体结构右端塔楼1层层高5.0m，2～3层层高4.2m，4层以上层高均为3.5m。在标高40.9m～59.9m处通过连接体形成连体结构，设计为3层楼面和一层屋面，层高分别为7.2m、7.3m、4.5m。连接体两端与塔楼刚性连接，采用型钢梁加压型钢板混凝土组合楼盖，跨度为23.7m。
2、主要设计参数
本工程设计使用年限为50年，安全等级为二级，建筑抗震设防列别为丙类，地基基础设计等级为甲级。抗震设防烈度为6度（0.05g），设计地震分组为第一组。地震影响系数按《建筑抗震设计规范》 （GB50011-2010）采用，水平地震影响系数最大值为αmax=0.04，建筑场地土类别为Ⅲ类，特征周期Tg=0.45，周期折减系数取0.75，结构阻尼比为0.05，仅对连接体钢结构部分计算时，结构阻尼比取0.04。框架、剪力墙抗震等级为三级，连接体及与连接体相邻的结构构件抗震等级为二级。根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001） （2006年版），基本风压为Wo=0.35kN/m2，体型系数为1.3，地面粗糙度按C类考虑。
3、结构布置及采取的抗震技术措施
本工程建筑平面较狭长，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）（以下简称高规）规定：连体结构各独立部分宜有相同或相近的体型、平面和刚度。通过合理设置2道抗震缝，使连体结构两边的塔楼采用基本一致的体型、平面和刚度，可以在一定程度上减小复杂的耦联振动，对抗震有利。
连接体两端塔楼采用框架-剪力墙结构，与连接体相连的框架柱采用型钢混凝土柱，连接体采用焊接H型钢梁，钢梁上通过栓钉连接压型钢板，再浇筑混凝土。连接体钢梁与两端塔楼型钢混凝土柱采用刚性连接，钢结构次梁与主梁铰接。连接体每层均相同处理，结构平面布置见图1。
根据《高规》规定：连接体结构可设置钢梁、钢桁架和型钢混凝土梁，型钢应伸入主题结构并加强锚固。本项目连接体两端塔楼的型钢混凝土柱均往下延伸一层，连接体钢梁连续伸入两端塔楼内，即与钢梁相邻的梁采用型钢混凝土梁。连接体钢梁H型钢尺寸为1500X600X20X50，与之相连的型钢混凝土梁为500X800，型钢尺寸为H450×200×10×20。连接体每层两端均设置型钢混凝土梁。
由于连体结构总体为一开口薄壁构件，扭转性能较差，连接体及与连接体相连的结构构件受力复杂，易形成薄弱部位，必须予以加强。根据《高规》：抗震设计时，连接体及与连接体相邻的结构构件的抗震等级应提高一级采用，一级提高至特一级。两端塔楼框架和剪力墙抗震等级为三级，连接体及其相邻结构构件抗震等级为二级。与连接体钢梁相连的型钢混凝土柱截面尺寸为800X900，型钢尺寸为H 500×600×20×25，柱配筋率为1.4%。根据《高规》：连接体结构应加强构造措施，连体结构的边梁截面宜加大，楼板厚度不宜小于150mm，宜采用双层双向钢筋网，每层每方向钢筋网的配筋率不宜小于0.25%。连接体每层楼板采用压型钢板混凝土组合楼盖，混凝土板最薄处为100mm，最厚处为175mm。连体位置两端塔楼采用150mm厚钢筋混凝土楼板，见连体部分楼板加强区域示意图2。加强区域范围内钢筋全部拉通，使连接体部分更能有效抵抗板内可能出现的拉应力。
4、多遇地震下结构计算结果
本工程主体结构采用SATWE（2010年版本）和PM-SAP（2010年版本）两种计算程序进行结构整体分析。
1）周期及剪重比。分析时采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法进行计算。分别计算其固有振动特性，振动周期计算结果见表1。振型数取为30，振型参与质量大于总质量的90%，满足高规要求。SATWE软件计算本工程总质量为294623kN，第3振型为两塔楼自身相对平动引起的扭转，周期比为T3/ T1=0.779<0.85；X方向地震作用下，左塔和右塔的基底剪力分别为2103kN、2409kN，剪重比为1.49%、1.57%；Y方向地震作用下，左塔和右塔的基底剪力分别为2339kN、2520kN，剪重比为1.66%、1.64%。
PM-SAP计算结果总体上与SATWE结果很接近。PM-SAP计算的结构总质量为288354kN。计算振型数为30，振型参与质量大于总质量的90%，满足高规要求。取扭转质量参与系数大于50%的第3周期作为结构扭转为主的第1自振周期，周期比T3/ T1=0.737<0.85。X方向地震作用下，左塔和右塔的基底剪力分别为2023kN、2505kN，剪重比分别为1.45%、1.69%；Y方向地震作用下，左塔和右塔的基底总剪力为2420kN、2584kN，剪重比为1.73%、1.74%。
2）水平位移及层间位移角。《高规》规定：在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍；按弹性方法计算的高度不大于150米的高层框架-剪力墙结构的楼层层间最大位移与层高之比不宜大于1/800。
本工程验算位移比时，考虑双向地震作用，采用整体模型计算（计算模型中的各个楼层，采用强制刚性楼板假定）。SATWE模型在X、Y方向双向地震作用下的楼层最大位移分别为29.13mm、30.48mm，PM-SAP模型在X、Y方向双向地震作用下的楼层最大位移分别为26.15mm、26.79mm，结构地震响应位移计算结果见表2，两种软件计算结果均满足规范要求。
5、连接体结构施工阶段设计
由于两塔楼在40.9m高空处相连，如何保证施工的可行性和安全性成为一个难点。设计初期考虑高支模方案，此方案施工周期长，造价高，
且存在一定的风险性，很快被否决。施工单位提出采用汽车吊，难点在于将4道主钢梁吊装和就位拼接，经计算，400t级吊车能满足施工要求。为配合使用汽车吊并减少施工难度，设计时将型钢梁柱节点设计为牛腿形式，型钢梁柱节点连接在工厂完成，避免现场施工增加难度，同时也提高了节点的可靠性。由于连接体跨度为23.7m，主钢梁必须进行拼接，设计时考虑将拼接节点位置留置在型钢梁应力较小处，型钢梁在施工现场地面拼接后再整体吊装就位，每跨主型钢梁仅在两端头高空施工节点。连体部分钢梁吊装就位后如图3。钢梁就位后再铺设压型钢板，设计考虑压型钢板不设支撑应能承受施工阶段活荷载。
考虑到建筑投入使用后，钢结构工程在高空的维护不便，在连体结构最下面一层钢梁下设置了检修马道，方便后期的使用和维护。
6、结束语
综上所述，通过对大跨、高位、局部错层的连体结构分析计算，设计采用了多种有效的抗震技术措施，详细分析了这类型钢梁-压型钢板混凝土组合楼盖形式的连体结构的受力性能，并有效解决了施工中出现的难题，保证了工程的质量，取得了良好的社会和经济效益。
参考文献：
[1]JGJ3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[2]型钢混凝土组合结构技术规程JGJ138-2001.
[3]张维斌.多层及高层钢筋混凝土结构设计释疑及工程实例[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
[4]李国胜高层混凝土结构抗震设计要点、难点及实例[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.