專利名稱：混合連體超高層結(jié)構體系的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于結(jié)構工程技術領域，具體涉及一種混合連體超高層結(jié)構體系。
背景技術：
自有樓房以來，由于樓與樓之間存在聯(lián)系的不便，人們在樓與樓之間架設連廊，將樓聯(lián)系在一起，方便不同樓之間人們的聯(lián)系，這就是最初的連體建筑。我國古代的許多門樓，如南京的中華門、北京的天安門，其下部有一個通道，吧兩邊建筑分開，但上部卻連為一體，其本質(zhì)上就是連體建筑。上個世紀八十年代開始，特別是九十年代到本世紀初，一批現(xiàn)代高層建筑以全新的面貌呈現(xiàn)在大家面前。業(yè)主和建筑師為滿足建筑造型以及建筑功能等多方面的要求，設計了眾多體型復雜和內(nèi)部空間多變的高層建筑。其中就包括連體架構。現(xiàn)代意義上得連體建筑首推法國的新凱旋門，其后的代表性連體建筑為當時世界上最高的建筑-吉隆坡石油雙塔大廈。上述兩個建筑實際上代表了連體建筑的兩種類型，即“凱旋門式”和“連廊式”， 相對而言，“凱旋門式”連體建筑的連接體部分寬度較大、高度較高，對塔樓的約束力強，可以有效增大結(jié)構的整體剛度和整體穩(wěn)定性，“連廊式”連體建筑的連接體部分寬度較小、高度較低，對塔樓的約束力弱，對結(jié)構的整體剛度影響較小。近十幾年來，高層連體結(jié)構的發(fā)展越來越快，這種結(jié)構形式的建筑造型獨特、結(jié)構新穎、高新技術含量大，屬于“高、難、精、尖”的大型項目，從而越來越受到工程師門的關注。 高層連體結(jié)構一般由兩個或多個塔樓與設置在一定高度處的架空連接體組成。塔樓的結(jié)構形式同普通單幢高層建筑，可以是框架結(jié)構、框剪結(jié)構、剪力墻結(jié)構、框筒結(jié)構等。連接體可以是單層、幾層，也可以是十幾層甚至更多，結(jié)構形式靈活多樣，可以是鋼結(jié)構、型鋼混凝土結(jié)構、預應力混凝土結(jié)構等；可視工程具體情況決定。連接體的設置一方面方便了不同建筑之間的聯(lián)系，另一方面也形成獨特的建筑造型，這使得連體結(jié)構深受建筑師的青睞。除建筑造型的別致外，連接高層建筑的廣泛應用，還有許多其他的優(yōu)點，如有利于防火、有利于形成共享空間以及增強結(jié)構的整體剛度等。高層建筑的防火問題已經(jīng)成為一個世界性的難題，火災造成的事故屢見不鮮，連體高層建筑相對非連體高層建筑，有利于防火的原因有(I)連體高層建筑多了疏散通道， 火災發(fā)生時人們不必全部向底層疏散，而是可以通過連接體向其他塔樓疏散；(2)火災發(fā)生時，消防隊員可利用未發(fā)生火災的普通電梯，達到起火塔樓的樓層附近，通過連接體迅速方便的進入火災現(xiàn)場進行滅火和救援工作；(3)消防用水不足時，通過連接體向其他塔樓取水，不但方便快捷，而且有較為充足的消防用水保證。高層建筑存在內(nèi)部擁擠、鄰里溝通不便等交往方面問題，連體高層建筑對解決這個問題起到很好的作用。塔樓間的連接體，可以使人們非常方便的從一個樓去另一個樓，而且可以結(jié)合建筑功能設置休閑娛樂場所、休憩觀景等公共活動空間，方便人們的交往與生活。建筑高度的增加使結(jié)構的側(cè)向剛度降低，連接作用強的高層連體結(jié)構將分散的塔樓連成整體，使整體剛度得到提高，可以有效減小結(jié)構側(cè)向位移，增加結(jié)構的整體穩(wěn)定性。 從結(jié)構總體概念而言，只要處理好連接體與塔樓的受力關系，做好抗震概念設計和計算，防止水平地震下的結(jié)構扭轉(zhuǎn)破壞和豎向地震作用下連接體自身的破壞，是有利于結(jié)構整體穩(wěn)定性很抗震抗風性能的提高的。盡管連體建筑有防火、便于住戶交流、增強結(jié)構穩(wěn)定性等方面的有點，但相對于非連體建筑，連體建筑將兩個甚至多個塔樓通過連接體連接成整體，這些塔樓的動力特性不完全一樣，在地震中得反應也有不同，連接體及其相鄰部位受力復雜，常常在地震中造成較
為嚴重的震害。1976年的唐山大地震中就有許多架空連廊震害的實例，1999年的臺灣集集地震中也有架空連廊破壞的實例，1995年的日本阪神地震中，也有許多連廊發(fā)生破壞和坍塌的例子。通過上述地震的震害研究，我們得到以下啟示(I)跨度較大、位置較高的架空連廊容易發(fā)生嚴重破壞，跨度小、高度低的架空連廊震害較輕或基本沒有破壞；(2)兩個建筑高度不同，連接兩個建筑的連廊容易嚴重破壞；(3)架空連廊與兩邊建筑主體的連接方式不同，連體結(jié)構的破壞情況不同，連接較強的連廊在地震中塌落的比較少，但一旦拉斷塌落，這主體塔樓破損較嚴重，連接較弱的連廊在地震中容易發(fā)生塌落，尤其是連廊擱置在主體結(jié)構牛腿上的連接體更容易塌落，但該連接體的破壞對主體塔樓的影響較小；連體結(jié)構的體型復雜，因此受力也比一般結(jié)構復雜。連體結(jié)構尤其是超高層連體結(jié)構特別需要關注的問題有結(jié)構的扭轉(zhuǎn)效應、連接體兩端結(jié)構連接方式。在風或地震作用下，連體結(jié)構除產(chǎn)生平面變形外，還將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，這種扭轉(zhuǎn)效應隨塔樓不對稱性的增加而加劇。此外，塔樓之間還可能產(chǎn)生相向或相離的運動，該振動形態(tài)是與整體結(jié)構的扭轉(zhuǎn)振型耦合在一起的，此時連體部分結(jié)構受力很不利。連接體的加入使得結(jié)構的扭轉(zhuǎn)振型成分增多，并提前出現(xiàn)；對于對稱結(jié)構，出現(xiàn)對稱振型與反對稱振型；對于非對稱結(jié)構，則不存在對稱與反對稱振型，但存在同向與反向振型；對于主體結(jié)構存在偏心的連體結(jié)構，存在斜向振動，扭轉(zhuǎn)效應明顯。對于對稱連體結(jié)構， 連體平面外振型的周期要大于單體結(jié)構，連體增加的質(zhì)量使周期增大的影響大于連體提供的剛度使周期減小的影響；連體平面內(nèi)振型周期小于單體結(jié)構，連體提供的剛度使周期減小的影響大于連體增加的質(zhì)量使周期增大的影響；對稱連體結(jié)構中，增加連體的剛度能增大連體平面內(nèi)整體結(jié)構的剛度。對于對稱連體結(jié)構，連體在兩個方向上的作用是不同的。連體平面外則位移增大，且隨著連體位置的升高單調(diào)增加；連體平面內(nèi)，位移減小，連體與主體塔樓間具有框架效應，且這種作用存在極值點，也就是當連體位于某個樓層時，整體結(jié)構位移達到最小值。連體平面內(nèi)，連接體所在樓層的層間位移角明顯減小，并且連體結(jié)構的最大層間位移角均小于單體結(jié)構的最大層間位移角。對于非對稱結(jié)構，連體的耦合作用，使得扭轉(zhuǎn)效應較為顯著，當主體塔樓存在較大偏心或主體塔樓非對稱性增加時，更加需要注意連接體與塔樓之間的連接方式。塔樓與連接體的連接方式對主體塔樓與連接體結(jié)構的受力、變形性能均有很大影響。目前通常將塔樓與連接體的連接方式分為(I)強連接；(2)弱連接。
4
強連接的連接方式要求連接體結(jié)構本身具有足夠的剛度，能將主體塔樓連接為協(xié)調(diào)受力與變形的整體。一般認為兩端剛接、兩端鉸接的連體結(jié)構屬于強連接結(jié)構。強連接的連接方式在結(jié)構設計時就要做到真正使塔樓連為整體，完全協(xié)調(diào)受力。此時連接體除承受自身重力荷載外，更主要的是承擔協(xié)調(diào)連接體兩端的變形及振動所產(chǎn)生的作用效應，因此連接體同塔樓的連接處受力較大，構造處理較復雜。強連接的連接方式對塔樓的變形有明顯的約束作用，能減小塔樓的層間位移角， 但這種連接方式對結(jié)構的常常產(chǎn)生一些不利的影響，其中主要有(I)連接體的偏置加劇結(jié)構在地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應；(2)各層抗側(cè)力剛度變化很大，形成多個薄弱層與應力集中；(3)抗側(cè)力剛度變化很大需要剛性轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換層中的受力復雜，并影響豎向荷載在抗側(cè)力構件中的傳力路徑和結(jié)構的內(nèi)力分布；(4)由于收縮、徐變等非荷載效應的影響，塔樓間將出現(xiàn)豎向變形差異，引起連接體部分顯著的附加內(nèi)力，結(jié)構出于不利的受力狀態(tài)。基于實際工程的振動臺試驗包括上海交銀大廈、上海證券大廈、北京UHN國際村等對理論分析做出了重要補充，揭示了連體結(jié)構在不同地震下的震害。理論、試驗與實踐研究成果表明采用強連接的方式時，整體動力特性上，連體結(jié)構平扭耦合作用較強，對稱連體結(jié)構受力比非對稱結(jié)構受力簡單；連接體本身及上下樓層受力復雜，需作精確分析，連接體所在樓層層間剛度并非越大越好。高層建筑在施工期和正常使用期內(nèi)，除受恒載、活載、風荷載、地震作用等作用影響外，還會受到非荷載作用的影響，而非荷載效應會引起結(jié)構的附加內(nèi)力，若忽略其作用， 會引起結(jié)構和非結(jié)構構件的破壞，影響結(jié)構的正常使用?；旌辖Y(jié)構內(nèi)筒和外框架截面形式不同，混凝土收縮和徐變引起結(jié)構豎向變形差異，導致幕墻、隔墻、機電管道和電梯等非結(jié)構構件受損，造成耐久性和建筑外觀方面的問題、水平構件產(chǎn)生附加內(nèi)力。通過施工補償?shù)姆绞娇梢詼p小塔樓間的豎向變形差異，施工階段連接體與主體塔樓的連接時間延后等方式，也可以減小采用強連接的連接方式引起的附加內(nèi)力，但隨著連接體數(shù)量的增加，施工難度也逐漸增大，施工期間結(jié)構的穩(wěn)定性差，此外施工進度也會受到明顯影響。弱連接的連接方式是解決連體結(jié)構受力復雜的重要思路。其基本原理是當塔樓自身水平剛度足夠，通過釋放塔樓與連接體之間的約束釋放復雜內(nèi)力。弱連接的連接方式使塔樓間的相互作用很弱，可按單塔結(jié)構進行簡化分析，分析時在塔樓與連接體的連接處施加集中荷載。一般認為連接體一端與塔樓結(jié)構鉸接，一端做成滑動支座，或兩端做成滑動支座都屬于弱連接結(jié)構。塔樓與連接體之間的作用力在連接支座處得到釋放，隨之而來的是塔樓之間明顯增大的相對位移，這種位移隨著結(jié)構高度的增加而更加顯著。水平荷載作用下，結(jié)構呈彎曲變形，隨結(jié)構高度的增加，主體塔樓自身側(cè)向位移變形的控制將相當困難。 當連體位置較高時，對支座變形能力要求更高，連接支座的設計更加困難，對支座的可靠性要求也更大。弱連接的連接方式將連接體通過支座直接擱置在主體塔樓的柱頂，從框架柱外伸一個大牛腿，為支座提供足夠的滑移量，防止連接體在罕遇地震下發(fā)生塌落或與主體塔樓發(fā)生碰撞。對于結(jié)構高度大、連接體數(shù)量多或是連接體位置高的建筑，這種支座滑移與結(jié)構側(cè)向變形的控制將成為重要困擾，過大的牛腿與支座不僅破壞建筑視覺的美觀，甚至有可能影響建筑的使用功能。從深圳郵電樞紐中心、上海之江大廈的雙塔連體，發(fā)展到北京當代Μ0ΜΑ、杭州市民中心的多塔連體，采用弱連接的連接方式的連體結(jié)構工程規(guī)模越來越大，地震設防烈度越來越高，控制結(jié)構變形、確保支座相對行程以避免連體高空跌落等二次災害的難度也越來越大。對于連體次數(shù)較少、高度較低的高層建筑，連體的位置一般根據(jù)建筑的需要進行設計。對塔樓結(jié)構靜力和動力性能的影響都可不考慮。對于采用強連接方式的連體，連體的剛度和位置的改變對結(jié)構的影響比較復雜。連體剛度的變化對結(jié)構的反對稱振型和扭轉(zhuǎn)振型有較大的影響，對平動的對稱振型沒有影響；對非對稱雙塔連體結(jié)構，連體剛度的變化使結(jié)構各階振型的形式發(fā)生變化，平動和扭轉(zhuǎn)的耦合更加明顯，扭轉(zhuǎn)振型更加豐富，結(jié)構整體剛度增強。連體位置的變化對結(jié)構的抗震性能也有明顯的影響。多連體混合連接的連體結(jié)構，連體的位置和數(shù)量更加靈活，從而對連體結(jié)構性能的調(diào)控能力也更強，情況也相應復雜。連接體部分結(jié)構設計時，若連接體所處位置較高，則需要特別注意風荷載和豎向地震的作用。連接體處在兩幢塔樓之間，設計風荷載取值時有必要考慮兩建筑形成的狹縫效應，按規(guī)范計算的最不利風荷載偏小。連接體的跨度較大時，其樓板體系在滿足強度、變形要求的情況下，還要考慮人的走動引起的樓板振動。連接體兩端與主體結(jié)構剛接的結(jié)構， 應特別注意加強連接體結(jié)構與主體結(jié)構的連接構造，這包括水平方向連接與豎向連接的構造。連接體采用弱連接時，一方面要確定支座的預計滑移量，避免支座滑動對主體的損害， 另一方面可以通過調(diào)整支座阻尼，改善結(jié)構的抗震性能。連接體由于兩側(cè)塔樓的非荷載作用引起的差異變形，可能對主體結(jié)構產(chǎn)生附加彎矩，同時造成自身應力或變形過大，設計中應考慮釋放這種應力或變形的措施(如延緩連接體的結(jié)構合攏時間)，以確保結(jié)構的安全性、正常使用性能及耐久性。在連接體部位，由于結(jié)構跨度較大，連接體部分結(jié)構樓層在日常使用中由于人的走動引起的樓板振動問題需要考慮。以往，大跨度樓板正常使用極限狀態(tài)要求通常通過控制樓板的撓度與板跨度比值來實現(xiàn)，這一規(guī)定在以往采用常規(guī)材料、樓板剛度較大、跨度較小情況下可以滿足正常使用要求。但近幾年，隨著各種新型、高強材料的采用，樓板體系變得更輕柔，在滿足強度、變形要求的情況下，大跨度樓板因為日?；顒右鸬恼駝訂栴}日益凸現(xiàn)出來。近年來連體高層有向“高”、“多”、“難”發(fā)展的趨勢，即塔樓高度越來越高，連接數(shù)量越來越多，連接體布置的非對稱性頻繁出現(xiàn)，隨之而來的結(jié)構扭轉(zhuǎn)效應加劇與變形的過大問題也越來越突出，由上述研究可知，單純的強連接或弱連接方式的結(jié)構將越來越不適用?；旌线B體超高層結(jié)構體系就是為解決上述問題而提出的?；旌线B體超高層結(jié)構體系是將強弱連接的方式相結(jié)合，從而使主體塔樓協(xié)同工作，同時又有效改善結(jié)構的扭轉(zhuǎn)效應等問題。這種結(jié)構體系尤其適用與多連體的超高層建筑。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種新的結(jié)構體系，克服超高層建筑連體結(jié)構存在的扭轉(zhuǎn)效應與變形過大的問題。為達到上述目的，本發(fā)明的解決方案是提供一種強弱連接的方式相結(jié)合的混合連體超高層結(jié)構體系，即通過連體的布置對剛度的有效調(diào)整，改善結(jié)構的扭轉(zhuǎn)效應，控制結(jié)構的變形。本發(fā)明的目的，可以通過以下技術方案實現(xiàn)混合連體超高層結(jié)構體系，包括主體塔樓I、采用強連接方式的連接體2以及采用強連接方式的連接體3，其特征在于采用剛度與質(zhì)量布置較為對稱的主體塔樓；所述采用強連接方式的連接體2為空間鋼結(jié)構桁架；所述采用弱連接方式的連接體3為單層輕質(zhì)鋼桁架；所述兩種連接體2，3所在的位置依據(jù)建筑效果與結(jié)構特性的需要進行轉(zhuǎn)換，形成靈活多變的混合連體超高層結(jié)構體系，連接體2調(diào)整至側(cè)向位移顯著的樓層附近，連接體3應用于偏心明顯的連接體，從而減小結(jié)構在水平地震或風荷載下的側(cè)向位移與扭轉(zhuǎn)效應。本發(fā)明中，所述各主體塔樓I宜對稱布置，各單塔的結(jié)構剛度與質(zhì)量也盡量對稱， 單塔的結(jié)構體系可選用筒體結(jié)構、框架-核心筒結(jié)構。本發(fā)明中，所述強連接方式的連接體2采用沿樓面布置的水平鋼桁架與豎向的斜腹桿組成的空間桁架，桁架的空間位置可結(jié)合塔樓的建筑平面進行布置，從而得到建筑效果與結(jié)構效率的雙贏。本發(fā)明中，所述強連接方式的連接體2與主體塔樓I的核心筒進行可靠的剛性連接，連接體的空間鋼結(jié)構桁架伸入核心筒至少一跨或貫通核心筒，連接部位剪力墻內(nèi)設置豎向型鋼，型鋼設置范圍為連體部分上下各延伸一層。本發(fā)明中，所述強連接方式的連接體2所在的樓層，連接體部分的樓板應有較強的剛度，且與主體塔樓的樓板可靠連接，并加強配筋構造，即樓板厚度不宜小于150mm，且采用雙層雙向鋼筋網(wǎng)，每層每方向鋼筋網(wǎng)的配筋率不小于O. 25%。本發(fā)明中，所述弱連接方式的連接體3采用單層輕質(zhì)鋼桁架，桁架為沿樓面梁所在高度布置的交叉網(wǎng)格形式的輕質(zhì)鋼結(jié)構，鋼構件斷面的宜為H型或箱型，鋼構件之間通過焊接方式進行連接。本發(fā)明中，所述弱連接方式的連接體3的支座為隔震支座，連接體與主塔間預留足夠的空隙，以滿足隔震支座的變形要求，防止地震中連接體與主體塔樓發(fā)生碰撞。本發(fā)明中，所述弱連接方式的連接體3通過隔震支座與主體塔樓相連，隔震支座連接主體塔樓的框架柱或剪力墻處外伸的大牛腿與連接體，牛腿所在樓層的框架柱或剪力墻內(nèi)增加豎向型鋼，以加強結(jié)構的局部承載能力，牛腿之間采用工字型鋼梁進行拉結(jié)，提高牛腿的穩(wěn)定性。本發(fā)明中，所述隔震支座為鉛芯橡膠隔震支座，支座主要由上連接板、上封板、鉛芯、多層橡膠、加勁鋼板、保護層橡膠、下封板和下連接板組成，該支座具有耗能能力，復位能力強等優(yōu)點。本發(fā)明中，所述弱連接方式的連接體3通過隔震支座與主體塔樓相連，其實施方法在于支座的上連接板與連接體邊梁通過高強螺栓連接，支座的下連接板與主體結(jié)構的牛腿通過高強螺栓連接。本發(fā)明中，所述鉛芯橡膠隔震支座，其原理在于多層橡膠、加勁鋼板構成多層橡膠支座承擔建筑物重量和水平位移的功能，鉛芯在多層橡膠支座剪切變形時，靠塑性變形吸收能量，地震后，鉛芯又通過動態(tài)恢復與再結(jié)晶過程，以及橡膠的剪切拉力的作用，建筑物自動恢復原位。由于隔震器和阻尼器融為一體，可大大節(jié)約建筑空間，降低成本，同時施工簡潔方便，工程質(zhì)量易于保證。本發(fā)明中，所述強連接方式的連接體2與弱連接方式的連接體3的位置具有可控性，兩種連接體(2，3)所在的位置依據(jù)建筑效果與結(jié)構特性的需要進行轉(zhuǎn)換，形成靈活多變的混合連體超高層結(jié)構體系，連接體2調(diào)整至側(cè)向位移顯著的樓層附近，連接體3主要應用于偏心明顯的連接體，從而減小結(jié)構在水平地震或風荷載下的側(cè)向位移與扭轉(zhuǎn)效應，使結(jié)構達到有利于抗震的狀態(tài)。本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明將混合連體引入超高層結(jié)構體系中，利用強連接方式協(xié)同變形的能力，控制整體結(jié)構的水平位移。利用弱連接方式對整體結(jié)構剛度與質(zhì)量的影響較小的特點，控制結(jié)構地震作用下的扭轉(zhuǎn)變形。利用強弱連接方式分布位置的靈活性，調(diào)整結(jié)構的受力與變形特性，從而大大改善結(jié)構的抗震抗風性能，提高結(jié)構的工作效率。設計合理的混合連體超高層結(jié)構體系在不同烈度地震下有不同的地震響應。多遇地震下，結(jié)構處于彈性，采用弱連接方式的隔震支座產(chǎn)生少量的可自恢復變形，耗散地震作用下輸入給超高層結(jié)構的能量，減小地震下的不適感。在設防地震下弱連接的隔震支座產(chǎn)生較大變形，甚至產(chǎn)生部分不可恢復變形，以進行耗能，減小主體與連接體的損傷。同時地震作用后，利用耗能支座變形的自恢復性與便于拆換的特性，可以較為容易的對連接部位進行維護。在罕遇地震作用下，通過強連接方式對變形的約束，減小采用弱連接方式樓層的變形，從而保證采用弱連接方式的連接體不至于掉落。本發(fā)明提供的混合連體超高層結(jié)構體系是針對多連體超高層建筑的一種新型結(jié)構體系方案。強弱連接兩種方式的結(jié)合使結(jié)構做到張弛有度，既能是主體塔樓有緊密聯(lián)系， 協(xié)同塔樓受力與變形，又可釋放不利位置的束縛，以減小局部內(nèi)力，改善結(jié)構扭轉(zhuǎn)作用等。 強弱連接方式的合理搭配是多連體超高層體系的一個優(yōu)越選擇。
圖。圖。
示意圖。
示意圖。圖6為本發(fā)明的實施例I中采用弱連接方式的連接體3的鉛芯橡膠隔震支座的結(jié)構示意圖。圖中標號，I為主體塔樓，2為強連接方式的連接體，3為弱連接方式的連接體，4為隔震支座，5為鉛芯橡膠隔震支座。
圖I為本發(fā)明的整體結(jié)構示意圖。
圖2為本發(fā)明的實施例I中采用強連接方式的連接體2所在樓層的平面結(jié)構示意圖3為本發(fā)明的實施例I中采用弱連接方式的連接體3所在樓層的平面結(jié)構示意圖4為本發(fā)明的實施例I中采用強連接方式的連接體2的空間鋼桁架的立體結(jié)構圖5為本發(fā)明的實施例I中采用弱連接方式的連接體3的單層輕質(zhì)鋼桁架的結(jié)構
具體實施方式
參見圖I、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6。本實施例中包括主體塔樓I、采用強連接方式的連接體2，以及采用弱連接方式的連接體3。圖I所示的連體超高層建筑從建筑布置的角度，主要特征為在整體建筑的中部設有大空間的中庭，該中庭并非貫通到頂，在某些樓層所在處設置了大跨度的樓板或連廊，由于這種樓板或連廊的設置可作為良好的休憩與觀景場所，往往為業(yè)主與建筑師的所采納。 然而從結(jié)構設計的角度，這種設置使得結(jié)構的布置變得復雜，同時具有多種可能性。這類建筑若采用目前常見的強連接方式形式的結(jié)構體系，將出現(xiàn)由于連體偏置產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應加劇，出現(xiàn)大量的薄弱層與應力集中，結(jié)構的受力狀態(tài)將非常復雜與不利；若采用弱連接方式，相當于將整體結(jié)構分成了兩個單體高層塔樓與其間大量的弱連接的連接體，將存在結(jié)構各自受力、整體性差、變形增大、高區(qū)的連體處支座設計困難等問題。研究表明，強連接方式設置在高區(qū)時對整體結(jié)構的變形協(xié)調(diào)能力高于設置于低區(qū)，偏置的連接體采用強連接時使扭轉(zhuǎn)效應增強，對于主體塔樓抗側(cè)剛度偏差較大的區(qū)域， 采用強連接方式將造成明顯的扭轉(zhuǎn)增強與應力集中。本實施例的混合連體超高層結(jié)構體系，主要布置形式為高區(qū)位置的連體采用強連接方式，有偏置的樓板或連廊采用弱連接方式，其他位置的連接體根據(jù)結(jié)構側(cè)向位移進一步調(diào)整的需要，選擇強連接或弱連接的方式。由于這種連接方式具有較大的可變性，可以根據(jù)結(jié)構的需要與建筑師溝通進行變換強弱連接形式，且對建筑效果的影響不會很大，是建筑師樂于接受的一種形式，而從結(jié)構優(yōu)化的角度，可以通過這種變換找到扭轉(zhuǎn)效應減弱與變形減小的最佳契合點?；旌线B體超高層結(jié)構體系的一種較優(yōu)的結(jié)構形式是主體塔樓盡量采用自身抗側(cè)剛度較好的框架-核心筒結(jié)構或筒體結(jié)構；采用強連接方式的連接體2為多層沿樓面布置的水平鋼桁架、沿豎向的斜腹桿共同組成的空間桁架，空間桁架與主體塔樓的核心筒進行可靠剛性連接，連接體的鋼結(jié)構桁架伸入核心筒至少一跨或貫通核心筒，連接部位剪力墻內(nèi)設置型鋼，連接體部分的樓板應有較強的剛度，且與主體塔樓的樓板可靠連接，并加強配筋構造，即樓板厚度不宜小于150_，且采用雙層雙向鋼筋網(wǎng)，每層每方向鋼筋網(wǎng)的配筋率不小于O. 25% ;采用弱連接方式的連接體3為單層輕質(zhì)鋼桁架通過隔震支座與主體結(jié)構相連，隔震支座采用鉛芯橡膠隔震支座以增強結(jié)構的抗震性能，單層輕質(zhì)鋼桁架為沿樓面梁所在高度布置的交叉網(wǎng)格形式的輕質(zhì)鋼結(jié)構，鋼構件斷面的宜為H型或箱型，鋼構件之間通過焊接方式進行連接。連接體與塔樓之間預留足夠的空間，以避免連接體與塔樓在罕遇地震下發(fā)生碰撞；鉛芯橡膠隔震支座主要由上連接板、上封板、鉛芯、多層橡膠、加勁鋼板、 保護層橡膠、下封板和下連接板組成，該支座具有耗能能力，復位能力強等優(yōu)點，隔震支座與主體塔樓相連，隔震支座連接主體塔樓的框架柱或剪力墻處外伸的大牛腿與連接體，牛腿所在樓層的框架柱或剪力墻內(nèi)增加豎向型鋼，以加強結(jié)構的局部承載能力，牛腿之間采用工字型鋼梁進行拉結(jié)，提高牛腿的穩(wěn)定性，支座的上連接板與連接體邊梁通過高強螺栓連接，支座的下連接板與主體結(jié)構的牛腿通過高強螺栓連接。本實施例的混合連體超高層結(jié)構體系，具有以下幾點好處(I)采用強連接方式的連接體2采用沿樓面布置的水平桁架，與豎向桁架組成空間桁架，具有強大的抗彎、剪、拉、壓和扭能力，充分利用連接體協(xié)調(diào)塔樓的振動，也充分利用塔樓保證連接體協(xié)調(diào)塔樓的振動，也充分利用塔樓保證連接體在地震和風激勵下的安全；(2)采用弱連接方式的連接體3起到釋放部分塔樓對連體結(jié)構約束，降低連體與塔樓交界處應力水平的作用；(3)弱連接方式的連接體采用單層輕質(zhì)鋼桁架，減小結(jié)構自重的同時保證了足夠的剛度，慣性力的減小與結(jié)構剛度的增加，使得連接體的樓面與整體結(jié)構的振動水平都有所減小；(4)用弱連接方式的連接體3通過隔震支座與主體塔樓相連，本實施例的比較表明，與無該連接體結(jié)構相比，多遇及罕遇地震作用下連廊的存在對主體結(jié)構其所在層的層剪力有微小的減小或增大作用，但均未超過6%，可見有該連接體對主體塔樓有一定的影響，但由于采用了隔震措施，上述影響有限；(5)與無弱連接方式的連接體3的結(jié)構相比，多遇及罕遇地震作用下主體塔樓的基底剪力均有所減小，這表明，隔震支座的設置增大了整體結(jié)構的阻尼效應，因而減小了整體結(jié)構的地震響應；(6)多遇地震下，多層橡膠、加勁鋼板構成多層橡膠支座承擔建筑物重量和水平位移的功能，鉛芯在多層橡膠支座剪切變形時，靠塑性變形吸收能量，地震后，鉛芯又通過動態(tài)恢復與再結(jié)晶過程，以及橡膠的剪切拉力的作用，建筑物自動恢復原位。由于隔震器和阻尼器融為一體，可大大節(jié)約建筑空間，降低成本，同時施工簡潔方便，工程質(zhì)量易于保證；(7)采用強弱連接方式的連接體布置靈活，可以通過方案比較，得到結(jié)構剛度突變較小的結(jié)果，在設計中有效減少結(jié)構薄弱層的出現(xiàn)，從而增加結(jié)構的安全性并節(jié)約建設用材。
10
權利要求
1.一種混合連體超高層結(jié)構體系，包括主體塔樓(I)、采用強連接方式的連接體(2)以及采用弱連接方式的連接體(3)，其特征在于采用剛度與質(zhì)量布置較為對稱的主體塔樓; 所述采用強連接方式的連接體(2)為空間鋼結(jié)構桁架；所述采用弱連接方式的連接體(3) 為單層輕質(zhì)鋼桁架；所述兩種連接體(2，3)所在的位置依據(jù)建筑效果與結(jié)構特性的需要進行轉(zhuǎn)換，形成靈活多變的混合連體超高層結(jié)構體系，采用強連接方式的連接體(2)調(diào)整至側(cè)向位移顯著的樓層附近，采用弱連接方式的連接體(3)應用于偏心明顯的連接體，從而減小結(jié)構在水平地震或風荷載下的側(cè)向位移與扭轉(zhuǎn)效應。
2.根據(jù)權利要求I所述的混合連體超高層結(jié)構體系，其特征在于主體塔樓(I)采用剛度與質(zhì)量布置較為對稱的筒體結(jié)構或框架-核心筒結(jié)構。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的混合連體超高層結(jié)構體系，其特征在于采用強連接方式的連接體(2)為沿樓面布置的水平鋼桁架和沿豎向的斜腹桿共同組成的空間鋼結(jié)構桁架， 空間桁架與主體塔樓的核心筒進行可靠剛性連接，采用強連接方式的連接體(2)的空間鋼結(jié)構桁架伸入核心筒至少一跨或貫通核心筒。
4.根據(jù)權利要求3所述的混合連體超高層結(jié)構體系，其特征在于采用強連接方式的連接體(2)的連接部位剪力墻內(nèi)設置豎向型鋼，型鋼設置范圍為連體部分上下各延伸一層。
5.根據(jù)權利要求I所述的混合連體超高層結(jié)構體系，其特征在于采用強連接方式的連接體(2)所在的樓層，連接體部分的樓板應有較強的剛度，且與主體塔樓的樓板可靠連接，樓板厚度不宜小于150_，且采用雙層雙向鋼筋網(wǎng)，每層每方向鋼筋網(wǎng)的配筋率不小于0.25%。
6.根據(jù)權利要求I所述的混合連體超高層結(jié)構體系，其特征在于采用弱連接方式的連接體(3)通過隔震支座與主體塔樓(I)相連，采用弱連接方式的連接體(3)的單層輕質(zhì)鋼桁架為沿樓面梁所在高度布置的交叉網(wǎng)格形式的輕質(zhì)鋼結(jié)構，以減小單層桁架的自重，并保持足夠的剛度，防止連接體的樓面豎向振動帶來的不適感。
7.根據(jù)權利要求6所述的混合連體超高層結(jié)構體系，其特征在于采用弱連接方式的連接體(3)與主體塔樓(I)之間預留足夠的空間，以防止地震中采用弱連接方式的連接體(3) 與主體塔樓(I)發(fā)生碰撞。
8.根據(jù)權利要求6所述的混合連體超高層結(jié)構體系，其特征在于采用弱連接方式的連接體(3)通過隔震支座與主體塔樓相連，隔震支座連接主體塔樓的框架柱或剪力墻處外伸的大牛腿與連接體，牛腿所在樓層的框架柱或剪力墻內(nèi)增加豎向型鋼，以加強結(jié)構的局部承載能力，牛腿之間采用工字型鋼梁進行拉結(jié)，提高牛腿的穩(wěn)定性。
9.根據(jù)權利要求I或6所述的混合連體超高層結(jié)構體系，其特征在于隔震支座為鉛芯橡膠隔震支座，支座主要由上連接板、上封板、鉛芯、多層橡膠、加勁鋼板、保護層橡膠、下封板和下連接板組成，該支座具有耗能能力好，復位能力強等優(yōu)點。
10.根據(jù)權利要求6所述的混合連體超高層結(jié)構體系，其特征在于隔震支座與主體塔樓相連，支座具有上連接板與連接體邊梁通過高強螺栓連接，支座具有下連接板與主體結(jié)構的牛腿通過高強螺栓連接。
全文摘要
本發(fā)明屬于結(jié)構工程技術領域，具體涉及一種混合連體超高層結(jié)構體系，包括主體塔樓1、采用強連接方式的連接體2，以及采用弱連接方式的連接體3，其特征在于所述主體塔樓1采用剛度與質(zhì)量布置較為對稱的筒體結(jié)構或框架-核心筒結(jié)構；所述采用強連接方式的連接體2為沿樓面布置的水平鋼桁架、沿豎向的斜腹桿共同組成的空間桁架，空間桁架與主體塔樓的核心筒進行可靠剛性連接；所述采用弱連接方式的連接體3為單層輕質(zhì)鋼桁架通過隔震支座與主體結(jié)構相連，連接體與塔樓之間預留足夠的空間，以避免連接體與塔樓在大震作用下發(fā)生碰撞。本發(fā)明提供的混合連體超高層結(jié)構體系適用于多連體的超高層結(jié)構體系，它具有結(jié)構剛度可調(diào)范圍大、整體結(jié)構變形小、地震耗能能力強、震后便于修復等一系列優(yōu)越的特性，是一種優(yōu)越的連體高層結(jié)構體系。
文檔編號E04H9/02GK102587692SQ20121001448
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權日2012年1月18日
發(fā)明者巢斯, 徐芳, 林禎杉, 趙昕, 郁冰泉 申請人:同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司