bAAA连体结构设计一肖从真

1、第一节第一节 概述概述第二节第二节 连体结构的特点及分类连体结构的特点及分类第三节第三节 强连接连体结构设计方法及工程实例强连接连体结构设计方法及工程实例第四节第四节 弱连接连体高层建筑结构弱连接连体高层建筑结构高层建筑连体结构是近十几年来发展起来高层建筑连体结构是近十几年来发展起来的一种新型结构型式。一方面通过设置连的一种新型结构型式。一方面通过设置连体将不同建筑物之间连在一起，方便两者体将不同建筑物之间连在一起，方便两者之间联系；另一方面由于连体结构独特的之间联系；另一方面由于连体结构独特的外型，带来强烈的视觉效果，可以使建筑外型，带来强烈的视觉效果，可以使建筑更具特色。更具特色。l巴黎新

2、凯旋门， 1989年建成 l新凯旋门系在约100m100m100m的正方体内切出60m60m60m的大洞构成。l建筑结构对称均匀，两侧塔体结构进深各约20m，顶部连体净跨度约60m，高约20m，由双重井式通高巨型空腹桁架构成，空腹桁架弦杆采用预应力混凝土箱形大梁。l整个建筑形成一个空间整体受力结构。l马来西亚吉双塔 l马来西亚吉隆坡城市中心主楼，对称双塔，95层，425m高，在两塔楼中间位置设置了连廊，为世界上高度最高的连体（廊）结构。 l上海证券大厦 l建于上海浦东的上海证券大厦是国内较早建设的连体结构，地面以上30层，高120m，立面从10层至18层为一跨度达63m的连体。l两侧塔楼为框筒

3、体系，内筒为现浇混凝土结构，外筒为钢框架。l连体部分结构为两榀支承在内筒上的钢框架。l 深圳大学科技楼 l深圳大学科技楼（图9.1.5）东西翼711层立面开洞、南北翼1113层立面开洞。其中东西翼洞宽29.5m、南北翼洞宽34m，为该工程关键部位。该工程设计采用型钢混凝土多层空腹桁架整体结构实现洞口跨越构成整体连体结构。 l北京uhn国际村 l采用双塔连体结构，见图9.1.6。双塔均为28层的钢筋混凝土剪力墙结构，高80.3m。自63.1m至80.3m两塔通过连接体结构连接。连接体跨度31.2m，采用钢结构，共4层。最下面一层为5.7m高钢桁架。 l由以上可见，连体结构的特点就是将两幢或几幢建

4、筑连在一起，由塔楼及连接体组成。l塔楼的结构形式同普通单幢高层建筑，可为框架结构、框剪结构、剪力墙结构、框剪结构等。l连接体可以是一层、几层，也可以是十几层甚至更多，可以是钢结构、型钢混凝土结构、普通钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构，形式灵活多样；l可以与塔楼结构材料相同，也可以不同，视工程的具体情况决定。l连接体结构的刚度及位置对整体结构受力将有较大影响。l一、连体结构的特点一、连体结构的特点l连体结构的受力比一般单体结构或多塔楼结构更复杂。l应关注以下几个方面的问题：扭转效应需引起重视连接体部分受力复杂重视连接体两端结构连接方式l(一)、扭转效应需引起重视l较之其它体型结构，连体结构扭转振

5、动变形较大，扭转效应较明显，应引起重视。l当风或地震作用时，结构除产生平动变形外，还将会产生扭转变形，扭转效应随两塔楼不对称性的增加而加剧。l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，还很有可能产生两塔楼的相向运动。l实际工程中，由于地震在不同塔楼之间的振动差异是存在的，两塔楼的相向运动的振动形态极有可能发生响应，此时连体部分结构受力很不利。l（二）、连接体部分受力复杂l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，竖向地震作用影响也较明显。l（三）、重

6、视连接体两端结构连接方式l连接体结构与两侧塔楼的支座连接是连体结构的另一关键问题，如处理不当结构安全将难以保证。连接处理方式一般根据建筑方案与布置来确定，可以有刚性连接、铰接、滑动连接等，每种连接方式的处理方式不同，但均应进行详细分析与设计。l二、连体结构的分类二、连体结构的分类l根据连接体结构与塔楼的连接方式，可将连体结构大致分根据连接体结构与塔楼的连接方式，可将连体结构大致分为两类为两类l强连接方式强连接方式 弱连接方式。弱连接方式。 l（一）强连接方式l当连接体结构包含多层楼盖，且连接体结构刚度足够，能将主体结构连接为整体协调受力、变形时，可做成强连接结构，两端刚接、两端铰接的连体结构属

7、于强连接结构。强连接结构设计时就要做到真正使其连为整体，完全协调受力。l（一）强连接方式l当连接体与两端塔楼刚接或铰接时，连接体可与塔楼结构整体协调，共同受力。此时连接体除承受重力荷载外，更主要的是要协调连接体两端的变形及振动所产生的作用效应。一般情况下，连接体同塔楼的连接处受力较大，构造处理较复杂，选择合适的连接体刚度、结构形式及支座处的构造处理非常重要。l（二）弱连接方式l如果连接体结构较弱（如为连廊结构），无法协调连接体两侧的结构共同工作，此时可做成弱连接，即连接体一端与结构铰接，一端做成滑动支座，或两端做成滑动支座，此时应重点考虑滑动支座的作法，限复位装置的构造，并应提供滑动支座的预计

8、滑移量。l（二）弱连接方式l当连接体低位跨度小时，可采用一端铰接，另一端滑动连接，或可采用两端滑动连接，此时两塔楼结构独立工作，连接体受力较小。两端滑动连接的连接体在地震作用下，当两塔楼相对振动较大时，要注意避免连接体滑落及连接体同塔楼发生碰撞对主体结构造成破坏。实际工程中可采用橡胶垫或聚四氟乙烯板支承，塔楼与连接体之间设置限位装置。 l（二）弱连接方式l当采用阻尼器作为限复位装置时，也可归为弱连接方式。这种连接方式可以较好的处理连接体与塔楼的连接，既能减轻连接体及其支座受力，又能控制连接体的振动在允许的范围内，但仍要进行详细的整体结构分析计算，橡胶垫支座等支承及阻尼器的选择要根据计算分析确定

9、。l对强连接连体结构，设计的关键问题是保证连接体与塔楼可靠连接，共同受力。工作应重点围绕如何保证连接体与塔楼整体共同工作及该特殊体型结构的计算分析设计方面开展。l一、强连接连体结构计算分析一、强连接连体结构计算分析l（一）计算原则（一）计算原则l1、根据现行高规第5.1.13条规定，对复杂体型高层建筑的计算分析，应符合下列要求：l1)应采用至少两个不同力学模型的三维空间分析软件进行整体内力位移计算；l2)抗震计算时，应考虑平扭耦连计算结构的扭转效应，振型数不应小于15。多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数的9倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%；l3)应采用弹性时程分析法进行补充计

10、算；l4)宜采用弹塑性静力或动力分析方法验算薄弱层弹塑性变形。l2、分析计算时，应重点侧重以下几个方面：l1）在风荷载作用下，要注意各塔楼之间的狭缝效应对结构带来的影响；l2）水平地震作用计算时，要考虑偶然偏心的影响，并宜进行双向地震作用验算，重点关注结构因特有的体型带来的扭转效应；l3）对8度抗震设防地区的连接体结构，应考虑竖向地震作用；l4）连接体部分的振动往往较明显，舒适度验算应引起关注。l（二）、地震作用下的分析计算（二）、地震作用下的分析计算l1、水平地震作用计算、水平地震作用计算l振型分解反应谱方法计算外，还应补充进行弹性时程分析计算。l应采用考虑平扭耦连方法计算结构的扭转效应，且

11、要考虑偶然偏心的影响，振型数至少应按多塔楼结构的振型数量选取，以使振型参与质量不小于总质量的90%。l（二）、地震作用下的分析计算（二）、地震作用下的分析计算l1、水平地震作用计算、水平地震作用计算l由于连体部分（包括连接体及塔楼）刚度较大，连体部分的楼层抗侧刚度相对于下部两个塔楼刚度之和仍可能较大l连接体下部楼层经验算如为薄弱层，应对地震作用剪力乘以1.15放大系数。 l（二）、地震作用下的分析计算（二）、地震作用下的分析计算l2、竖向地震作用计算、竖向地震作用计算l近几年，日本阪神地震及2001年台湾“921”集集地震记录均表明，竖向地震作用分量较明显，不容忽视，而且竖向地震作用可能是引起

12、某些震害的关键因素，因此关于结构的竖向地震作用，近年来引起了设计人员的关注。l2、竖向地震作用计算、竖向地震作用计算l高层建筑结构中的长悬臂结构、大跨度结构、连体结构等对竖向地震作用比较敏感的部分，应考虑竖向地震作用。l2、竖向地震作用计算、竖向地震作用计算l国内现行规范对竖向地震作用给出了计算方法，抗震规范及高规对9度时的高层建筑的竖向地震作用标准值计算给出了计算方法；l对8度、9度时的大跨度和长悬臂结构，竖向地震作用的标准值可取该结构、构件重力荷载代表值的10和20。 l2、竖向地震作用计算、竖向地震作用计算l高规高规第第10.5.2条规定，条规定，8度抗震设计时，连体度抗震设计时，连体结

13、构的连接体应考虑竖向地震的影响，并在条文结构的连接体应考虑竖向地震的影响，并在条文说明中给出了近似考虑方法：竖向地震作用标准说明中给出了近似考虑方法：竖向地震作用标准值可取连接体部分重力荷载代表值的值可取连接体部分重力荷载代表值的10%，上述，上述规定说明规定说明高规高规对连接体结构竖向地震反应已对连接体结构竖向地震反应已给予了关注，由以上取值可知，该值参照了给予了关注，由以上取值可知，该值参照了8度时度时的大跨度和长悬臂结构的计算方法。的大跨度和长悬臂结构的计算方法。 l2、竖向地震作用计算、竖向地震作用计算l随着实际工程中连接体结构应用的增加，连接体随着实际工程中连接体结构应用的增加，连接

14、体的位置也越来越高。当位置较高时，连接体两端的位置也越来越高。当位置较高时，连接体两端的支座（两侧塔楼上部）本身竖向地震加速度反的支座（两侧塔楼上部）本身竖向地震加速度反应已比地面的竖向地震加速度加大，因此连接体应已比地面的竖向地震加速度加大，因此连接体的竖向地震反应与一般的大跨结构有所不同。的竖向地震反应与一般的大跨结构有所不同。l此外，实际工程中连接体结构因其自身的重要性，此外，实际工程中连接体结构因其自身的重要性，有时需要按中震弹性进行设计并补充考虑竖向地有时需要按中震弹性进行设计并补充考虑竖向地震作用为主的组合，竖向地震作用更为关键，因震作用为主的组合，竖向地震作用更为关键，因此其取值

15、更需慎重。此其取值更需慎重。l2、竖向地震作用计算、竖向地震作用计算l针对一幢建于针对一幢建于8度区的高位连体结构度区的高位连体结构 （位于（位于60m80m，连体跨度，连体跨度31.2m）为考察其连接体部位）为考察其连接体部位的竖向地震作用效应，应用的竖向地震作用效应，应用etabsetabs程序，采用竖向程序，采用竖向反应谱方法及弹性时程分析方法分别对连体结构反应谱方法及弹性时程分析方法分别对连体结构的竖向地震作用进行了分析计算。分析表明，连的竖向地震作用进行了分析计算。分析表明，连接体部位构件竖向地震作用标准值宜取重力荷载接体部位构件竖向地震作用标准值宜取重力荷载代表值的代表值的15%-

16、20%为宜。为宜。 l2、竖向地震作用计算、竖向地震作用计算l建议地震作用组合应考虑竖向地震作用为主建议地震作用组合应考虑竖向地震作用为主的组合项，按的组合项，按高规高规第第5.6.4条执行的表条执行的表5.6.4建议考虑增加竖向地震作用分项系数为建议考虑增加竖向地震作用分项系数为1.3，水平地震作用分项系数为，水平地震作用分项系数为0.5的组合。的组合。 l（三）、风荷载作用下的分析计算（三）、风荷载作用下的分析计算l当多栋密集的高层建筑相互间距较近时，宜当多栋密集的高层建筑相互间距较近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应。一般可将单考虑风力相互干扰的群体效应。一般可将单栋建筑的体形系数乘以相互

17、干扰增大系数。栋建筑的体形系数乘以相互干扰增大系数。该系数可参考类似条件的试验资料确定；必该系数可参考类似条件的试验资料确定；必要时宜通过风洞试验确定。要时宜通过风洞试验确定。l（三）、风荷载作用下的分析计算（三）、风荷载作用下的分析计算l关于邻近建筑相互干扰问题，曾有学者进行专门关于邻近建筑相互干扰问题，曾有学者进行专门研究，并指出，如果邻近的建筑为比计算分析的研究，并指出，如果邻近的建筑为比计算分析的建筑物矮得多的建筑，则即使靠得很近受影响的建筑物矮得多的建筑，则即使靠得很近受影响的只是所分析建筑的下部，对整个结构分析不致产只是所分析建筑的下部，对整个结构分析不致产生很大的影响；但是如果邻

18、近建筑与所分析的建生很大的影响；但是如果邻近建筑与所分析的建筑接近同一高度，应考虑建筑物对风载体型系数筑接近同一高度，应考虑建筑物对风载体型系数的影响。的影响。l（三）、风荷载作用下的分析计算（三）、风荷载作用下的分析计算l连体结构的两塔楼间距一般都很近，高度一连体结构的两塔楼间距一般都很近，高度一般也相当，应考虑建筑物互相之间的影响。般也相当，应考虑建筑物互相之间的影响。 l除去相互干扰增大系数外，对连体结构，连除去相互干扰增大系数外，对连体结构，连体部位结构的风荷载分布也比较复杂，如有体部位结构的风荷载分布也比较复杂，如有条件，该部位附近的体型系数宜通过风洞试条件，该部位附近的体型系数宜通

19、过风洞试验确定。验确定。二、强连接连体高层建筑结构设计原则二、强连接连体高层建筑结构设计原则l（一）连体结构的布置及设计原则（一）连体结构的布置及设计原则l连体高层建筑结构的各独立部分宜有相同或相近连体高层建筑结构的各独立部分宜有相同或相近的体型、平面和刚度，的体型、平面和刚度，7度、度、8度抗震设计时，层度抗震设计时，层数和刚度相差悬殊的建筑不宜采用强连接的连体数和刚度相差悬殊的建筑不宜采用强连接的连体结构。结构。l连接体结构自身重量应尽量减轻，因此应优先采连接体结构自身重量应尽量减轻，因此应优先采用钢结构，也可采用型钢混凝土结构等。当连接用钢结构，也可采用型钢混凝土结构等。当连接体包含多个

20、楼层时，最下面一层宜采用桁架结构体包含多个楼层时，最下面一层宜采用桁架结构形式。形式。l连接体宜按连接体宜按中震弹性中震弹性进行设计，连接体结构进行设计，连接体结构支座宜按支座宜按中震不屈服中震不屈服设计。设计。l中震弹性的含义如下：地震作用下的内力按中震弹性的含义如下：地震作用下的内力按中震进行计算，地震作用效应的组合及各分中震进行计算，地震作用效应的组合及各分项系数均按项系数均按高规高规第第5.6节进行，但可不节进行，但可不进行设计内力调整放大，构件的承载力计算进行设计内力调整放大，构件的承载力计算时材料的强度取设计值；时材料的强度取设计值；l中震不屈服的含义如下：地震作用下的内力中震不屈

21、服的含义如下：地震作用下的内力按中震进行计算，地震作用效应的组合均按按中震进行计算，地震作用效应的组合均按高规高规第第5.6节进行，但分项系数均取不节进行，但分项系数均取不大于大于1.0，不进行设计内力调整放大，构件，不进行设计内力调整放大，构件的承载力计算时材料的强度取标准值。的承载力计算时材料的强度取标准值。l对钢筋混凝土结构，抗震设计时，连接体及对钢筋混凝土结构，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，若原抗震等一级采用，一级提高至特一级，若原抗震等级为特一级则不再提高。级为特一级则不再提高。l连接体两端

22、与主体结构刚接的结构，应特别连接体两端与主体结构刚接的结构，应特别注意加强连接体结构与主体结构的连接构造，注意加强连接体结构与主体结构的连接构造，这包括两方面的连接：一方面指连接体结构这包括两方面的连接：一方面指连接体结构与主体结构的水平连接；另一方面指连接体与主体结构的水平连接；另一方面指连接体结构与主体结构的竖向连接，尤其是支座部结构与主体结构的竖向连接，尤其是支座部位的连接构造。位的连接构造。l对于连接体结构与主体结构的水平连接，必对于连接体结构与主体结构的水平连接，必要时连接体结构可延伸至主体结构内筒并与要时连接体结构可延伸至主体结构内筒并与内筒可靠连接；如无法伸至内筒，也可在主内筒可

23、靠连接；如无法伸至内筒，也可在主体结构内沿连接体方向设置型钢混凝土梁与体结构内沿连接体方向设置型钢混凝土梁与主体结构可靠锚固。连接体结构的楼板应与主体结构可靠锚固。连接体结构的楼板应与主体结构的楼板可靠连接并加强配筋构造。主体结构的楼板可靠连接并加强配筋构造。 l连接体结构与主体结构的竖向连接，尤其是连接体结构与主体结构的竖向连接，尤其是支座部位的连接构造也应重点加强，当与连支座部位的连接构造也应重点加强，当与连接体相连的主体结构为钢筋混凝土结构时，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，型钢宜可靠锚入下竖向构件内宜设置型钢，型钢宜可靠锚入下部主体结构。部主体结构。 l对连

24、接体两端与主体结构铰接的结构，应特对连接体两端与主体结构铰接的结构，应特别注重铰接支座的设计。如有可能，建议支别注重铰接支座的设计。如有可能，建议支座按大震不屈服进行设计，以保障结构安全座按大震不屈服进行设计，以保障结构安全 l（二）、舒适度验算（二）、舒适度验算l1 1、连体结构的风振舒适度验算、连体结构的风振舒适度验算l随建筑物高度增加，结构材料除随建筑物高度增加，结构材料除rc外，钢结构，外，钢结构，钢钢混凝土混合（组合）结构应用日渐增多。建混凝土混合（组合）结构应用日渐增多。建筑物除了要满足传统的筑物除了要满足传统的“强度强度”要求、位移要求要求、位移要求外，舒适度问题越来越引起人们重

25、视。外，舒适度问题越来越引起人们重视。l一般高层建筑的舒适度验算均指建筑物顶点最大一般高层建筑的舒适度验算均指建筑物顶点最大加速度沿顺风向与横风向两个方向应满足一定的加速度沿顺风向与横风向两个方向应满足一定的限值，以此来保证居住者日常使用不致于产生不限值，以此来保证居住者日常使用不致于产生不舒适的感觉。舒适的感觉。l（二）、舒适度验算（二）、舒适度验算l2 2、大跨度连接体结构楼板振动舒适度验算、大跨度连接体结构楼板振动舒适度验算l对连体结构，在连接体部位，由于结构跨度对连体结构，在连接体部位，由于结构跨度较大，连体部位结构楼层在日常使用中由于较大，连体部位结构楼层在日常使用中由于人的走动引起

26、的楼板振动问题需要考虑。人的走动引起的楼板振动问题需要考虑。l2 2、大跨度连接体结构楼板振动舒适度验算、大跨度连接体结构楼板振动舒适度验算l以往，正常使用极限状态要求通常通过控制以往，正常使用极限状态要求通常通过控制:l楼板的挠度楼板的挠度l板厚跨度比值板厚跨度比值l这一规定在以往采用常规材料、楼板刚度较这一规定在以往采用常规材料、楼板刚度较大、跨度较小情况下可以满足正常使用要求。大、跨度较小情况下可以满足正常使用要求。l近几年，随着各种新型、高强材料的采用，近几年，随着各种新型、高强材料的采用，楼板体系变得更轻柔，在满足强度、变形要楼板体系变得更轻柔，在满足强度、变形要求的情况下，大跨度楼

27、板因为日常活动引起求的情况下，大跨度楼板因为日常活动引起的振动问题日益凸现出来。的振动问题日益凸现出来。l北京北京新中关大厦新中关大厦l深圳大学科技楼深圳大学科技楼l深圳国际俱乐部深圳国际俱乐部l北京北京uhn国际村国际村l北京新中关大厦位于中关村西区东南角，总建北京新中关大厦位于中关村西区东南角，总建筑面积筑面积117416m2。l地下四层，地上四层裙房，裙房顶上设有三栋地下四层，地上四层裙房，裙房顶上设有三栋高层建筑，采用周边密柱型框架剪力墙结构。高层建筑，采用周边密柱型框架剪力墙结构。l设计单位为北京市建筑设计研究院，建研院结设计单位为北京市建筑设计研究院，建研院结构所参与连体结构方案设

28、计与计算分析。构所参与连体结构方案设计与计算分析。 l东边东边b b楼为高楼为高73m73m78m78m的连体建筑，主体结构的连体建筑，主体结构为钢筋混凝土框架剪力墙结构，为为钢筋混凝土框架剪力墙结构，为1616层和层和1717层。层。l两个主楼通过连接体在两个主楼通过连接体在6 61717层楼面相连，连层楼面相连，连接体部分结构采用钢结构。接体部分结构采用钢结构。l抗震设防烈度为抗震设防烈度为8度，设计基本加速度度，设计基本加速度0.20g，设计地震分组为第一组，场地类别为设计地震分组为第一组，场地类别为类场地类场地l连接体两侧的主楼因为剪力墙筒体均偏连接体两侧的主楼因为剪力墙筒体均偏心布置

29、，地震作用下偏心扭转效应明显，心布置，地震作用下偏心扭转效应明显，l而通过连接体将两侧主楼结构可靠连接而通过连接体将两侧主楼结构可靠连接共同工作后，整体协调受力，结构刚度共同工作后，整体协调受力，结构刚度分布将较为对称，地震作用下结构的扭分布将较为对称，地震作用下结构的扭转效应将大大减小，结构抗震性能得到转效应将大大减小，结构抗震性能得到提高。提高。l2 2 连体钢结构部分设计连体钢结构部分设计l自5层顶楼面16层顶楼面通过连廊连接。其中，第9层顶楼面（41.85m）和第16层顶屋面（68.975m）连接范围扩大到14轴至18轴范围。连接体部分西侧布置钢桁架，每隔一层设置一榀，共六榀。l9 9

30、层和层和1616层顶楼面结构布置层顶楼面结构布置 l其它层连体结构布置其它层连体结构布置 l参考规范相关规定和类似工程经验，竖向地震参考规范相关规定和类似工程经验，竖向地震作用取重力荷载代表值的作用取重力荷载代表值的1515。l本工程平面布置较为复杂，扭转效应较大，因本工程平面布置较为复杂，扭转效应较大，因此在进行钢结构设计时，考虑双向地震作用，此在进行钢结构设计时，考虑双向地震作用，双向地震作用按双向地震作用按抗震规范抗震规范5.2.3条计算。条计算。 l对连接体部分主要受力构件考虑中震作用，按对连接体部分主要受力构件考虑中震作用，按中震不屈服设计。中震作用取小震的中震不屈服设计。中震作用取

31、小震的2.856倍。倍。在进行杆件验算时，构件承载力抗震调整系数在进行杆件验算时，构件承载力抗震调整系数取取1.0，材料强度取标准值。，材料强度取标准值。l连接体钢结构主梁两端铰接，跨中承受连接体钢结构主梁两端铰接，跨中承受很大的弯矩，支座承受较大的剪力。很大的弯矩，支座承受较大的剪力。l同时连接体钢结构主梁在地震作用下，同时连接体钢结构主梁在地震作用下，承受较大的轴力。承受较大的轴力。l主梁支座受力为拉（压）剪受力，不能主梁支座受力为拉（压）剪受力，不能忽略轴力的影响。忽略轴力的影响。 l在设计节点时，按照节点轴力和剪力沿在设计节点时，按照节点轴力和剪力沿不同路径传递的原则进行设计不同路径传

32、递的原则进行设计l轴力按中震工况设计轴力按中震工况设计l剪力按大震工况设计剪力按大震工况设计l这样，即使部分节点在大震下丧失轴向这样，即使部分节点在大震下丧失轴向承载力，连接体也不至于跌落承载力，连接体也不至于跌落l节点设计示意节点设计示意l钢梁端部支撑在钢筋混凝土牛腿上，通钢梁端部支撑在钢筋混凝土牛腿上，通过牛腿传递剪力。梁端通过调节接头与过牛腿传递剪力。梁端通过调节接头与预埋的锚板连接，钢梁与调节接头通过预埋的锚板连接，钢梁与调节接头通过高强螺栓在腹板连接，只传递轴力，调高强螺栓在腹板连接，只传递轴力，调节接头与锚板现场剖口全熔透焊。节接头与锚板现场剖口全熔透焊。l深圳大学科技楼东西翼深圳

33、大学科技楼东西翼711层立面开洞、层立面开洞、南北翼南北翼1113层立面开洞。其中东西翼洞层立面开洞。其中东西翼洞宽宽29.5m、南北翼洞宽、南北翼洞宽34m为本工程关键为本工程关键部位。部位。l深圳大学设计院设计深圳大学设计院设计 。l采用型钢混凝土多层空腹桁架整体结构采用型钢混凝土多层空腹桁架整体结构实现洞口跨越构成整体连体结构。实现洞口跨越构成整体连体结构。l空腹桁架梁柱断面均空腹桁架梁柱断面均800mm880mm，其中腹杆工字钢与弦杆工字钢层层焊接其中腹杆工字钢与弦杆工字钢层层焊接连接，形成刚性节点。连接，形成刚性节点。l弦杆、腹杆外包混凝土与弦 杆 上 翼弦杆、腹杆外包混凝土与弦 杆

34、 上 翼180mm厚各相连楼层现浇钢筋混凝土楼厚各相连楼层现浇钢筋混凝土楼板整浇连接，进一步加强结构整体性。板整浇连接，进一步加强结构整体性。l结构平面及空腹桁架支承关系示意图结构平面及空腹桁架支承关系示意图 l托梁转换、吊梁转换和桁架跨越是大跨度洞托梁转换、吊梁转换和桁架跨越是大跨度洞式连体结构的现实选择，而实腹桁架由于斜式连体结构的现实选择，而实腹桁架由于斜腹杆的存在首先不被建筑师接受。腹杆的存在首先不被建筑师接受。l为此，设计中对为此，设计中对空腹桁架连体与托梁、吊梁空腹桁架连体与托梁、吊梁连体的动力性能进行了对比分析研究，以选连体的动力性能进行了对比分析研究，以选择具有良好刚度、承载能

35、力和延性，同时又择具有良好刚度、承载能力和延性，同时又充分满足建筑师对造型和建筑功能需要的结充分满足建筑师对造型和建筑功能需要的结构型式。构型式。(c) 吊梁方案(b) 托梁方案(a) 空腹桁架连体方案1000x3000型钢混凝土托梁弦杆及腹杆东西翼结构立面布置东西翼结构立面布置东西翼结构立面布置400x400x20方钢管柱400(20)x500(20)工字钢梁400x500钢筋混凝土梁1000x3000型钢混凝土托梁800x880型钢混凝土500x500钢筋混凝土柱400(20)x500(20)工字钢梁1200x3400型钢混凝土托梁1200x3400型钢混凝土托梁500x500钢筋混凝土柱

36、400x500钢筋混凝土梁800x880型钢混凝土弦杆及腹杆南北翼结构立面布置南北翼结构立面布置南北翼结构立面布置400x400x20方钢管柱l三种方案的楼层质量竖向分布三种方案的楼层质量竖向分布 0.3750.3750.4190.4190.4190.4190.5630.2890.5080.5080.5080.508(a) 空腹桁架方案3254111087691615141312n0.5640.5640.5490.5080.5080.5080.5080.3740.4190.4190.4190.4190.4540.8141m(b) 托梁方案15141613129101186754320.8140

37、.841(c) 吊梁方案0.81410.6580.3580.2770.3750.35845231110976816141512130.5080.50810.5080.5080.4190.4190.4190.419ttntnmml三种结构方案楼层地震剪力进行分析可三种结构方案楼层地震剪力进行分析可知，三种方案的基底剪力和连体层以下知，三种方案的基底剪力和连体层以下各层地震层剪力基本接近各层地震层剪力基本接近l洞口以上，空腹桁架方案的地震层剪力洞口以上，空腹桁架方案的地震层剪力最小，吊梁方案的地震层剪力最大，表最小，吊梁方案的地震层剪力最大，表明空腹桁架方案由于质量和刚度的均匀明空腹桁架方案由于质

38、量和刚度的均匀使地震作用有所减小。使地震作用有所减小。l根据计算分析结果可知，重力荷载和地根据计算分析结果可知，重力荷载和地震作用下空腹桁架方案筒体角柱各层内震作用下空腹桁架方案筒体角柱各层内力比较均匀。力比较均匀。l整体空腹桁架连体结构在更好地满足建整体空腹桁架连体结构在更好地满足建筑功能和造型要求的前提下，比梁式转筑功能和造型要求的前提下，比梁式转换具有更好的抗震性能。换具有更好的抗震性能。l由于型钢混凝土比钢结构，具有耐火和由于型钢混凝土比钢结构，具有耐火和耐久性能好、刚度大的优点，而比普通耐久性能好、刚度大的优点，而比普通混凝土结构，则具有承载力大、延性好混凝土结构，则具有承载力大、延

39、性好等优点，本工程最终确定采用型钢混凝等优点，本工程最终确定采用型钢混凝土空腹桁架连体结构。土空腹桁架连体结构。l型钢混凝土长期刚度退化影响分析型钢混凝土长期刚度退化影响分析 l型钢混凝土组合结构技术规程型钢混凝土组合结构技术规程（jgj138-2001）规定了截面抗弯刚度规定了截面抗弯刚度l规程规定了长期刚度的计算公式规程规定了长期刚度的计算公式 aaccscssieieeeb75. 322. 0sslslbmmmb1l由于构成型钢混凝土截面抗弯刚度的型钢部分无由于构成型钢混凝土截面抗弯刚度的型钢部分无收缩徐变效应，为更好地在概念上与式收缩徐变效应，为更好地在概念上与式(9.3.4)协调，协

40、调，建议型钢混凝土构件长期刚度的计算公式为建议型钢混凝土构件长期刚度的计算公式为aaccscsslslieieeemmmb75. 322. 01l经 计 算 ， 截 面 抗 弯 长 期 刚 度经 计 算 ， 截 面 抗 弯 长 期 刚 度bl=16.881014nmm4，相当于截面弹性刚度，相当于截面弹性刚度的的0.67 la a轴三层空腹桁架在重力荷载作用正常工作轴三层空腹桁架在重力荷载作用正常工作状态下的第一跨中节点长期挠度为状态下的第一跨中节点长期挠度为60mm60mm，短，短期挠度为期挠度为51.5mm51.5mm，弹性挠度为，弹性挠度为40mm40mm。l型钢混凝土多层空腹桁架结构设

41、计、施工及型钢混凝土多层空腹桁架结构设计、施工及构造构造l1）设支托板）设支托板l关于型钢混凝土空腹桁架节点试验报告表明，关于型钢混凝土空腹桁架节点试验报告表明，反复加载下型钢梁柱节点坡口焊缝易首先出反复加载下型钢梁柱节点坡口焊缝易首先出现破坏，影响结构变形能力和延性。现破坏，影响结构变形能力和延性。 l本工程空腹桁架腹杆和弦杆连接中间节点采本工程空腹桁架腹杆和弦杆连接中间节点采用了带支托板的刚性节点。用了带支托板的刚性节点。l支托板一方面加强了腹杆和弦杆连接，另一支托板一方面加强了腹杆和弦杆连接，另一方面与腹杆和弦杆的钢筋焊接，避免钢筋与方面与腹杆和弦杆的钢筋焊接，避免钢筋与型钢直接焊接，避

42、免型钢翼缘预留贯穿孔，型钢直接焊接，避免型钢翼缘预留贯穿孔，保证了型钢构件的完整性。保证了型钢构件的完整性。 l空腹桁架中间节点空腹桁架中间节点 l空腹桁架支座节点空腹桁架支座节点 l2 2）设置栓钉）设置栓钉。l本工程空腹桁架支承于四角筒体型钢混本工程空腹桁架支承于四角筒体型钢混凝土角柱，连接方式为刚性连接。凝土角柱，连接方式为刚性连接。l支座节点除设置支托板外，为保证型钢支座节点除设置支托板外，为保证型钢混凝土角柱与筒体混凝土墙体的有效共混凝土角柱与筒体混凝土墙体的有效共同工作，沿型钢与筒体混凝土相接外翼同工作，沿型钢与筒体混凝土相接外翼缘通高设置栓钉。缘通高设置栓钉。l3 3）型钢上下延

43、伸一层）型钢上下延伸一层l为避免结构承载力突变和保证型钢可靠为避免结构承载力突变和保证型钢可靠锚固，筒体角柱中型钢在空腹桁架区段锚固，筒体角柱中型钢在空腹桁架区段上下各延伸一层形成过渡层。上下各延伸一层形成过渡层。 l4 4）设置变形后浇块消除畸形内力）设置变形后浇块消除畸形内力 l如下图所示，空腹桁架的外侧设置了普通钢如下图所示，空腹桁架的外侧设置了普通钢筋混凝土连续边梁。筋混凝土连续边梁。l大跨空腹桁架结构在重力荷载作用下将产生大跨空腹桁架结构在重力荷载作用下将产生较大竖向变形，与其相连的普通钢筋混凝土较大竖向变形，与其相连的普通钢筋混凝土连续边梁与根部基本无竖向变形的筒体悬臂连续边梁与根

44、部基本无竖向变形的筒体悬臂梁相连，将使筒体悬臂梁及边梁产生极高的梁相连，将使筒体悬臂梁及边梁产生极高的内力水平。内力水平。 l4 4）设置变形后浇块消除畸形内力）设置变形后浇块消除畸形内力 l4 4）设置变形后浇块消除畸形内力）设置变形后浇块消除畸形内力l后浇块混凝土浇注前，钢筋混凝土连续边梁后浇块混凝土浇注前，钢筋混凝土连续边梁与空腹桁架变形协调，其内力只受局部荷载与空腹桁架变形协调，其内力只受局部荷载的影响。的影响。l主体结构施工完，空腹桁架结构的重力荷载主体结构施工完，空腹桁架结构的重力荷载下绝大部分内力与变形已经完成，此时变形下绝大部分内力与变形已经完成，此时变形后浇块混凝土浇注，混凝

45、土连续边梁和悬臂后浇块混凝土浇注，混凝土连续边梁和悬臂梁将承受少量后期重力荷载引起的附加内力，梁将承受少量后期重力荷载引起的附加内力，从而大大改善该部分结构受力，避免裂缝出从而大大改善该部分结构受力，避免裂缝出现结构破坏。现结构破坏。 l4 4）设置变形后浇块消除畸形内力）设置变形后浇块消除畸形内力l内力分析时，附加重力荷载内力分析时，附加重力荷载40%40%及结构及结构自重工况下连续梁边支座（悬臂梁）节自重工况下连续梁边支座（悬臂梁）节点以铰节点处理，后期点以铰节点处理，后期60%60%附加重力荷附加重力荷载及风、地震作用采用刚节点处理。载及风、地震作用采用刚节点处理。 l结论结论l（1 1

46、）空腹桁架连体结构有利于发挥结构整）空腹桁架连体结构有利于发挥结构整体性，极有利于减缓大跨门式连体结构中连体性，极有利于减缓大跨门式连体结构中连接体带来的刚度突变、质量集中和支承筒体接体带来的刚度突变、质量集中和支承筒体的应力集中，有利于抗震，也同时较好满足的应力集中，有利于抗震，也同时较好满足建筑的功能和造型需要。该工程设计可满足建筑的功能和造型需要。该工程设计可满足第六章所述的性能目标第六章所述的性能目标“c c”的要求。的要求。l结论结论l（2）型钢混凝土空腹桁架的承载能力）型钢混凝土空腹桁架的承载能力及延性明显优于普通梁式连体结构。空及延性明显优于普通梁式连体结构。空腹桁架连体结构的破

47、坏始于桁架直腹杆腹桁架连体结构的破坏始于桁架直腹杆弯曲破坏，破坏前桁架各杆件变形较大、弯曲破坏，破坏前桁架各杆件变形较大、裂缝开展较多，特别是直腹杆两端可形裂缝开展较多，特别是直腹杆两端可形成塑性铰，耗能能力较大。成塑性铰，耗能能力较大。l结论结论l（3）必须重视型钢混凝土杆件在重力）必须重视型钢混凝土杆件在重力荷载下的裂缝宽度控制，适当加大配筋荷载下的裂缝宽度控制，适当加大配筋率。率。l结论结论l（4）型钢混凝土空腹桁架的合理节点）型钢混凝土空腹桁架的合理节点设计是保证其有效工作性能和施工的可设计是保证其有效工作性能和施工的可操作性的关键，必须引起重视。同时，操作性的关键，必须引起重视。同时

48、，型钢混凝土空腹桁架整体施工工艺应与型钢混凝土空腹桁架整体施工工艺应与其受力特点相结合。其受力特点相结合。39600kjhgfe1450014500会员公寓会员公寓会员公寓1210012100走廊会员公寓会员公寓会员公寓会员公寓服务室电梯大堂机电5900300275030035003002750300560030054005400厕所厕所图9.3.37 深圳国际俱乐部标准层平面2400240072007200720072007200180018001000010000北卧室书房工人房屋顶花园2/g1/g170038001700总统办公室53004700470053004900010000100

49、0024002400720072007200720024002400图9.3.38 深圳国际俱乐部29层平面1210012100efghjk39600屋顶花园大 厅门厅男厕厨房会议室会客厅服务电梯保安室总统夫人套房总统套房机电房储藏北图9.3.39 深圳国际俱乐部剖面图99950370046615045003=135005500天面层二十九层二十八层二十七层二十六层二十五层二十四层二十三层二十二层二十一层二十层十九层十八层十七层十六层十五层十四层十三层十二层十一层十层九层八层七层六层五层四层三层二层首层35002=70003500首层二层三层四层五层六层平台花园387

50、54=15500停车库停车库公寓公寓公寓公寓公寓公寓二层地库综合大厅多功能首层地库西餐厅俱乐部大堂中餐厅健身中心会员公寓机电房机电房办公豪华会员套房会员会议中心俱乐部豪华会员公寓l该工程该工程“门洞门洞”宽宽20m20m，高，高67.1m67.1m，“门柱门柱”宽宽15.1m15.1m，“门框门框”4 4层，高层，高16.8m16.8m，“门门坎坎”4 4层，高层，高18.8m18.8m。主体结构系由。主体结构系由“门柱门柱”、“门框门框”及及“门坎门坎”构成。结构整体对称均构成。结构整体对称均匀，具有良好的整体抗扭刚度。匀，具有良好的整体抗扭刚度。l整个结构除整个结构除“门框采用门框采用4

51、4层高钢层高钢混凝土组混凝土组合空腹桁架，钢合空腹桁架，钢混凝土组合楼屋盖小梁外，混凝土组合楼屋盖小梁外，其余全部采用现浇钢筋混凝土。其余全部采用现浇钢筋混凝土。l“门柱门柱”主体结构系由不对称布置的筒体稀柱框架主体结构系由不对称布置的筒体稀柱框架构成，从底到顶连续贯通，构成，从底到顶连续贯通，“门柱门柱”的结构横向的结构横向高宽比高宽比h/bh/b=99.75/11.6=8.6=99.75/11.6=8.6，“门柱门柱”内筒体的内筒体的横向高宽比横向高宽比h/ch/c=99.75/4.8=20.8=99.75/4.8=20.8。l若若“门框门框”与与“门柱门柱”铰接，第一振型下两个铰接，第一

52、振型下两个“门柱门柱”相当于两个各自独立的竖向放置的悬臂相当于两个各自独立的竖向放置的悬臂梁，独立抗侧，整个结构横向刚度很柔，基本周梁，独立抗侧，整个结构横向刚度很柔，基本周期约为期约为3.8s3.8s，不能满足规范抗侧要求。，不能满足规范抗侧要求。l故设计故设计“门框门框”与与“门柱门柱”刚接，整体结构刚接，整体结构如同一个巨型门架，由于如同一个巨型门架，由于“门框门框”的约束，的约束，整个结构在横向水平力作用下侧移呈现上部整个结构在横向水平力作用下侧移呈现上部明显反弯的特性，最大层间水平位移发生的明显反弯的特性，最大层间水平位移发生的楼层高度由一般普通框剪结构、筒体稀柱框楼层高度由一般普通

53、框剪结构、筒体稀柱框架结构的架结构的0.60.6h h下降到下降到0.40.4h h。图9.3.43 深圳国际俱乐部横向 风载下结构侧移曲线图图9.3.40 深圳国际俱乐部三层结构平面545430006600550053004700470053005500660030001700545472007200720072007200240010000100002400240072007200720072007200300066005500550066003000图9.3.41 深圳国际俱乐部标准层结构平面5300470047005300图9.3.42 深圳国际俱乐部26层结构平面3000660055

54、005500660030007200720072007200720024002400钢筋混凝土空腹桁架工字钢梁 l门框提供的结构整体抗倾覆弯矩占水平门框提供的结构整体抗倾覆弯矩占水平荷载作用的总基底倾覆弯矩的荷载作用的总基底倾覆弯矩的38%38%，从，从而使整体结构的抗侧刚度大大提高，结而使整体结构的抗侧刚度大大提高，结构构件尤其是筒体底部水平荷载产生的构构件尤其是筒体底部水平荷载产生的弯矩大大减小，整个结构抗侧处于较好弯矩大大减小，整个结构抗侧处于较好的工作状态。的工作状态。l20m20m跨的跨的“门框门框”结构采用结构采用6 6榀钢榀钢混凝土组混凝土组合的合的4 4层高巨型双柱空腹桁架，与

55、两侧层高巨型双柱空腹桁架，与两侧“门门柱柱”结构内筒体、框架柱层层刚接，使整个结构内筒体、框架柱层层刚接，使整个“门框门框”内各个结构构件内各个结构构件( (弦杆，腹杆弦杆，腹杆) )受力受力比较均匀，从而可以有利于减小每层大梁比较均匀，从而可以有利于减小每层大梁( (即弦杆即弦杆) )的截面尺寸，有利于改善的截面尺寸，有利于改善“门框门框”与与“门柱门柱”刚接连接点的应力刚接连接点的应力集中，同时腹集中，同时腹杆层间上下端塑性铰的实现，有利于使整体杆层间上下端塑性铰的实现，有利于使整体结构具有较好的变形能力和延性。结构具有较好的变形能力和延性。l门式高层建筑的风力特性与普通高层建筑不门式高层建筑的风力特性与普通高层建筑不同，本工程进行了风洞试验。横向风压的分同，本工程进行了风洞试验。横向风压的分布如下图示。布如下图示。l后后“门柱门柱”的迎风面产生较大的反向吸力，的迎风面产生较大的反向吸力，大大减小了横向风力产生的总剪力，总倾覆大大减小了横向风力产生的总剪力，总倾覆弯矩，但与此同时，前弯矩，但与此同时，前“门柱门柱”的局部风压的局部风压(迎风面压力、背面吸力迎风面压力、背面吸力)较独立的高层建筑较独立的高