连体结构连接方式探讨

1、连体结构连接方式探讨摘要：随着时代的发展，人们审美观念的提高和现代建筑抗震技术的日益完善，高层建筑结构也在向着形式多样化，构件立体化，组合结构化以及高强度，高层次等方向发展，近年来涌现出了多种样式独特、体型复杂的结构形式，例如大底盘多塔楼、立面开大洞、连体结构以及错层结构等；本文研究的连体结构就是其中的一种，由于其形式新颖，规模恢弘的特点，在近二三十年来应用较为广泛。关键词：1.连体结构的特点和研究现状 1.1连体结构的特点 连体结构因为通过连接体将不同结构连接在了一起，体型比一般结构更加复杂，因此连体结构的受力情况比一般单体结构或多塔结构更为复杂【1】，主要表现在以下两个方面： 1. 扭转效

2、应应引起重视【2】 与其他体型的结构相比较，连体结构的扭转振动变形较大，扭转效应明显，应引起设计人员的关注。连体结构在水平荷载作用下，结构除产生平动变形以外，还将产生扭转变形，扭转效应随两塔楼的不对称性的增加而加剧。即使对于对称双塔连体结构，由于连接体楼板变形，两塔楼除有同向的平动外，还可能产生两塔楼的相向运动，该振动形态是与整体结构的扭转振型耦合在一起的。在实际工程中，由于存在地震在不同塔楼之间的振动差异，两塔楼的相向运动的振动形态极有可能发生响应，此时连接体部分结构受力非常不利。对于多塔连体结构，因为体型更加复杂，振动形态也相应更加复杂，扭转效应更加明显。 2. 连接体部分受力复杂【3】

3、连接体部分是连体结构的关键部位，其受力较复杂。连接体部分一方面要协调两侧结构的变形，在水平荷载作用下承受较大的内力；另一方面当本身跨度较大时，除竖向荷载作用外，竖向地震作用的影响也比较明显。 1.2.连体结构的研究现状 一些学者和工程设计人员也从理论和设计方面对连体结构进行了研究和探讨。东南大学土木工程学院的卞朝东等人，在高层连体结构振型及参与系数的分析【4】一文中，运用振型分解反应谱法对连体结构体系进行了分析，用数学的方法从力学概念的角度对振型和振型参与系数给出了解释，文章指出了振型是结构的固有属性，是结构自由振动下的解，取决于结构的质量矩阵和刚度矩阵，而振型参与系数由结构的振型和外部激励共

4、同决定，同一结构的同一振型，在不同激励形式下的振型参与系数也是不相同的。对与对称连体结构，在地震这种单侧激励下，反向对称振型的参与系数为零，即地震作用下不会出现这种振型，结构的振动完全由同向的振动遇合得到。此时连体结构的地震作用效应仅为结构同向振动下的弯矩和剪力，而连接体平面内的变形和内力均为零；对于非对称的连体结构，所有的振型参与系数一般都不为零，即所有的振型对结构的地震响应皆有贡献。连接体部分除了楼层平面外的弯矩和剪力外，还有在楼层平面内的弯矩、剪力和轴力。而且随连体结构非对称性的增加，整体结构受力越复杂，连接体部分受力越不利，所以在实际工程中应尽量采用对称的连体结构，即使是对称的连体结构

5、，实际上还是存在有一定的非对称性(如旋工偏差、荷载的非对称)，实际连接体中的轴力一般不会为零，只是相对比较小，连接体处于轴力、弯矩、剪力和扭矩的复合应力作用状态下，因此应该加强连接体的设计；由于振型参与系数的大小分布规律比一般结构复杂，所以要想达到计算精度，必须在计算时选择足够多的振型来满足设计精度的要求。要满足所选振型数计算所得到的等效质量百分比之和大于90。中国电子工程设计院的娄字在大底盘的双塔和连体高层建筑的振动分析中从结构设计的角度出发，结合了两个算例，分析了大底盘双塔连体结构的振动特点，指出了连体结构在计算时应该考虑结构的扭转耦联振动影响，应选取足够的振型，连接体层的楼板和梁上下钢筋

6、应该通长配置。西安理工大学的田洁等人采用平面框架-半无限地基系统分析模型对带连接体结构进行了地震响应分析，分析结果表明：增加了连接体以后，可以降低结构的位移，只要连接体的位置、数量设置适当，设计合理，连接体的存在对结构具有一定的减震作用。浙江大学的黄耀坤等人对非对称双塔连体结构的动力特性和地震作用相应进行分析后指出，设置连接体之后，结构的动力特性发生了很大的变化，主要有： 1)结构的振动频率增大，结构整体刚度加强； 2)两塔楼的相对作用明显，低阶的振型相互耦合； 3)结构出现了平动和扭转耦合振型。 华中科技大学陈文兵用随机振动理论，研究了水平向任意地震输入时，连接体支座处塔楼上布置有消能减震装

7、置以后连体结构的三维动力特性，研究表明： 1)合适的消能器连接可以有效控制结构在地震输入下的侧向动力响应，但由于地震输入的不确定性，扭转响应不能忽视； 2)对于连体结构，适当的平面外连接刚度，平面外连接阻尼，对于控制扭转响应是必要的。 高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010(以下简称高规)，也对连体结构做出了相应的规定，使得这种结构的设计有了依据。 2.连接体与主体结构的连接方式 连接体是主体结构中一个重要的组成部分。连接体在整个结构中是不同塔楼间的变形协调部分，特别是不对称结构，由于各塔楼刚度的不同，结构的振动性能也不相同，变形也不同，连接体的存在使得各塔楼中侧向刚度大的塔楼受力变小，

8、而侧向刚度小的塔楼受力变大。要协调塔楼间的变形，连接体必然要受到很大的作用力。因此，连接体与主体结构之间究竟采用何种连接方式对抗震更为有利，是非常值得探讨的一个问题。 2.1刚性连接 刚性连接是连接体与塔楼的连接方式中连接作用最强的一种。它加强了连接体与塔楼之间以及不同塔楼之间的联系，增强了连接体结构的整体工作性，这是它的最大优点。因此，高规(JGJ3-2010)规定：连体结构与主体结构宜采用刚性连接。现有的大多数工程中，连接体与塔楼之间也都采用的是刚性连接。采用刚性连接的连接体不仅要承受自身的恒载、活载，而且它还需要协调不同的塔楼在水平、竖向荷载作用下的不均匀变形。这时，连接体与塔楼连接处的

9、节点受力复杂，会产生较大的弯矩、剪力和轴力，并且上、下弦杆的轴力、弯矩还会构成更大的整体弯矩、剪力。这就要求连接体本身具有较高的强度和刚度，这样才比较适合采用刚性连接。 刚性连接的支座处理一定要保证连接体能够协调塔楼间的变形，因此，要特别注意加强连接体与主体结构的连接。必要时连接体可延伸到主体结构内筒并与内筒可靠连接；如无法延伸至内筒，也可在主体结构内沿连接体方向设置型钢混凝土梁与主体结构部分可靠锚固。连接体的楼板应与主体结构的楼板可靠连接并加强配筋构造。当与连接体相连的主体结构为钢筋混凝土结构时，竖向构件内宜设置型钢，型钢宜可靠锚入下部主体结构。 2.2铰接连接 铰接连接放松了端部上、下弦杆

10、的局部弯矩约束，减小了端部杆件的内力，使连接处的构造设计变得简单。但是，由于没有了端部负弯矩，连接体跨中正弯矩必然会有所增大，同时它也削弱了连接体对塔楼结构共同工作的协调作用。在已有的工程中。 2.3滑动连接 当连接体本身刚度较弱时，即使做成刚性连接，也不能起到协调两塔楼变形的作用，这时可以考虑做成滑动连接的形式。滑动连接可以是连接体一端与塔楼铰接，一端滑动连接，也可以两端均做成滑动支座。 采用这种连接方式后，连接体的受力将会比较小，但是这时连接体已经不能再协调塔楼间的共同工作，塔楼和连接体均单独受力，整个连接体结构仅仅是形式上的“连接体结构”。因为滑动支座端在荷载作用下会有一定的滑移量，所以

11、滑动支座在设计时“有个重要问题就是要设置限复位装置(如阻尼器等)，并提供预计滑移量，防止连接体的滑落或与塔楼碰撞而造成结构的破坏。因此这种连接方式一般用于连接体位置较低、跨度较小的情况。 2.4柔性连接 刚性连接能使塔楼和连接体作为一个整体工作，但是连接体受力较大；滑动连接使连接体受力较小，但却不能协调塔楼间的变形。柔性连接则是介于二者之间的更为合理的一种连接方式，通过选择合适的连接刚度，它能使连接体自身的受力有利，同时也对整体结构的受力有利。 柔性连接可以采用橡胶垫或阻尼器，可结合具体工程，采用夹层钢板橡胶垫时结构的抗震性能。通过选取合适的刚度，虽然局部的层间位移略有增大，但却可以明显降低最大层间位移和牛腿内力，使主体与连接体的层间位移接近一致，结构的整体性能得到改善。因此，可以通过对橡胶垫和阻尼器选择不同的刚度和阻尼，从而达到耗散地震能量的