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摘要：高层建筑連体结构作为一种新兴的建筑结构形式，技术还不是特别成熟，因此加强对高层混凝土连体结构设计的探讨是非常必要的。本文笔者结合自身工作实践经验，以某办公楼为例，对高层混凝土连体结构设计进行了探讨，希望对相关从业人员具有借鉴意义。
关键词：高层建筑混凝土连体结构设计
引言
因为连体结构需要保证各个建筑物所承受的作用力相协调，有很明显的扭转效应，受力也较为复杂，在结构设计之时非常有难度。本文以某综合办公楼为例对高层连体结构进行了分析研究。经研究发现，连体结构通常会有很明显的地震扭转效应，需要在设计时就通过多种软件的计算，分析出最适合的结构设计方案。
2工程简介
某栋办公大楼设计时建筑抗震设防为丙类，二级安全结构，建筑物应为不可分割的平面不规则结构，建筑物两侧竖向连体部分是竖向不规则结构。大楼在建成之后平面形状呈“U”形，地上有16层，地下1层，建筑物长88m，宽约62m，整个地上部分的建筑面积有32000m2。东西两侧竖向楼体的第11层至15层相连，整体呈现为凯旋门式的结构。本建筑屋面的上部是6m高的钢结构飘架。这是一个非常复杂的高层建筑，完工后，结构抗震的等级为一级，超出了预想的范围。
3建筑主体结构
确定本工程将主体确认为“高层框架—剪力墙”结构。剪力墙的筒体位置定为楼层的四角。在楼、电梯间布置了4个右下至上厚度为350～200mm的钢筋混凝土质的剪力墙。周圈部分的框架柱利用了建筑物的外立面，保持4m的柱距，而中间部分的框架柱的柱距为8m×8.8m，因为缩小柱距可以让整个建筑结构的抗扭增加。建筑物楼板以及楼层梁处使用了等级为C30的混凝土，而剪力墙和柱右下至上的混凝土强度为C50～C30。连体部分共有6层楼，由于结构关系刚度较大，所以选用了强连接的方式将连接体与塔楼相连。连体部分平面见图1.
4建筑物连体部分的设计实施方案
高层连体结构在设计的过程中最复杂的就是连体处受力结构的分析。建筑物从竖向来说，连体部分的层数较多而且自身跨度较大，由于荷载作用所承受的内力很大。而水平方向上连体部分结构需要协调两侧建筑体的变形，承受了较大水平内力。
当建筑物受到水平地震或是风的作用之时，各个塔楼除了会产生一定的同向平动，同时伴随着相向运动。而结构方面不但会产生平动变形，也会出现扭转变形现象。在本工程中，每个塔楼的刚度各不相同，差距较大。当发生的各种平动、扭转振型相耦合之时，对整体结构产生的扭转效果将非常明显，振动的形态也变得更为复杂。
经过严密的计算，最终定下的设计方案是经过多重比较之后的方案。连接体的刚度也调至刚好能够协调好几个塔楼间的刚度，调控好整个建筑结构的扭转效应。同时严格按照标准规范，控制连接体自身构件受到水平、竖向的荷载作用后所产生的变形、应力等。
为了能更直观地了解实施方案，可参考图2，图中右图为多层钢桁架结构。本工程中，连体部分的受力主体选用了钢结构，并配合钢筋混凝土材质的楼板。主受力结构的钢材用的是Q345-B，而设置于底部的两层钢桁架，包括钢柱、横梁以及斜撑使用的都是焊接H型钢。在设置的时候钢柱应当旋转90°，上3层用钢框架，钢柱的设置同样旋转90°，并将其支撑在之下钢桁架的节点处。钢柱、钢梁、钢桁架之间需要用固接方式相连。而连体结构上的钢桁架的横梁与斜撑需要固接在两边的混凝土剪力墙筒体上。将H型钢埋设在钢桁架的横梁及斜撑与剪力墙相连处的混凝土柱端之内。由10层至16层均用强焊接的形式将钢构件与剖口相连，并在11层、13层、15层的钢梁之内的区格布置焊接的圆钢管作为钢支撑，以保证连体结构处楼板的平面内刚度。
5连体结构的选材
连体部分通常会选用钢结构、或是混凝土结构的桁架形式，两种方案的图示可见图1。经过计算可得造价比较表，如表1。
混凝土方案，是在连体结构的部分使用3道巨型混凝土桁架。钢结构方案，需要在连体结构的部分布置3道钢制的桁架。这两种方案选材不同，在受力方面均能符合要求。结合建筑物实际情况，分别分析两方案的优缺点。
若选用的是混凝土方案，结构梁、斜撑、柱等构件会产生较大断面，而建筑师需要底部两层的结构构件裸露于外，这样或多或少会对立面的美观性产生影响。本建筑具有跨度大、连接层数多的特点，这就使得选用混凝土方案后结构自重预计将比选用钢结构方案多出近3347t，自重增加的同时，连接体两侧柱以及剪力墙的基础造价也一起增加。此建筑的连体部位相对较高，需要巨型桁架结构，所以需要有能够承受住所有连体处荷载的模板，且只有当所有桁架构件都达到强度要求之后才能将模板拆除。但是混凝土的支模技术有一定的难度，支模的总费用支出达到200万元，会增加整体造价。在模板拆除的时候还需要充分计算各方向的桁架受力作用，避免桁架在模板拆除时瞬时加载产生不利影响。
若选用的是钢结构方案，能够适当缩小结构的整体重量以及桁架的截面尺寸。具有能够使建筑物轻盈、有造型感、空透的特点，有效增加了建筑物的实际使用面积。除此以外，还有施工速度快、造价低的优势。所以在本工程中，最终就选用了钢结构的施工方案。
6对整体计算的简要说明
地震力的作用需要在结构设计的时候充分考虑到扭转耦连振动影响的振型分解反应谱法。运用3种不同的力学模型的三维空间分析软件，分别进行位移以及整体内力的分析。将7度设防烈度、0.05的阻尼比以及Ⅱ类的场地类别等因素均考虑进去。工程的模型及荷载的输入运用的是PWPM结构分析软件系列中的PMCAD。SATWE主要负责工程结构的重点分析计算。最终结构对比校核的工作由TAT和PMSAP担当，并进行一定的补充计算分析。经过3种程序的主要计算分析，汇总得到表2。表中的层刚比取的是下部楼层侧向刚度与上相邻3层侧向刚度平均值的80%和与其相邻上层侧向刚度的70%两数据中较小的数值。
1）计算参数。①建筑的结构确定为钢筋混凝土结合的高层结构；②连体结构部分的楼板为弹性楼板；③楼层的刚度计算选用层间剪力比层间位移的方法；④以总刚模型的结构振动分析方法进行地震作用的分析；⑤地震按照不规则结构计算；⑥将计算振型数确定为15。
2）荷载工况。荷载工况主要以风荷载、重力荷载以及水平地震力为主要考量因素。按照《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2002）以及《建筑结构荷载规范》（GB50009—2012）的相关规定选用工况组合。
7结语
1）在分析复杂高层建筑之时不能单一使用一个程序，需要多种程序从不同角度分析，最终人工判断各个方法得出的计算结果。本文就是以SATWE为主，结合TAT、PMSAP进行的分析校核，最终得出较为满意的结果。
2）复杂的高层建筑通常会有显著的扭转效应，应设法减小其扭转周期。本工程中运用的是增设连廊水平支撑，同时增加连体结构部分桁架的刚度来解决的。
3）连体结构设计的关键问题之一是连接体本身跟两侧建筑物的支座连接。在本工程中选用的是强连接的方式，取得了很好的效果，完美地将受力协调掌控。
4）在设计竖向、水平都不规则的复杂高层建筑时，设置剪力墙以及竖向构件的时候要格外注意。尽量使得整个结构的质量中心跟刚度中心是接近的，这样可以有效削弱建筑结构的扭转效应。
参考文献：
[1]任旭.高层建筑连体结构设计探讨[J].工业建筑，2006（36）：324-327.
[2]娄宇，王红庆，陈义明.大底盘上双塔和连体高层建筑的振动分析[J].建筑结构，1999（4）：9-12.
[3]JGJ3—2002高层建筑混凝土结构技术规程[S].
关键词：高层建筑混凝土连体结构设计
引言
因为连体结构需要保证各个建筑物所承受的作用力相协调，有很明显的扭转效应，受力也较为复杂，在结构设计之时非常有难度。本文以某综合办公楼为例对高层连体结构进行了分析研究。经研究发现，连体结构通常会有很明显的地震扭转效应，需要在设计时就通过多种软件的计算，分析出最适合的结构设计方案。
2工程简介
某栋办公大楼设计时建筑抗震设防为丙类，二级安全结构，建筑物应为不可分割的平面不规则结构，建筑物两侧竖向连体部分是竖向不规则结构。大楼在建成之后平面形状呈“U”形，地上有16层，地下1层，建筑物长88m，宽约62m，整个地上部分的建筑面积有32000m2。东西两侧竖向楼体的第11层至15层相连，整体呈现为凯旋门式的结构。本建筑屋面的上部是6m高的钢结构飘架。这是一个非常复杂的高层建筑，完工后，结构抗震的等级为一级，超出了预想的范围。
3建筑主体结构
确定本工程将主体确认为“高层框架—剪力墙”结构。剪力墙的筒体位置定为楼层的四角。在楼、电梯间布置了4个右下至上厚度为350～200mm的钢筋混凝土质的剪力墙。周圈部分的框架柱利用了建筑物的外立面，保持4m的柱距，而中间部分的框架柱的柱距为8m×8.8m，因为缩小柱距可以让整个建筑结构的抗扭增加。建筑物楼板以及楼层梁处使用了等级为C30的混凝土，而剪力墙和柱右下至上的混凝土强度为C50～C30。连体部分共有6层楼，由于结构关系刚度较大，所以选用了强连接的方式将连接体与塔楼相连。连体部分平面见图1.
4建筑物连体部分的设计实施方案
高层连体结构在设计的过程中最复杂的就是连体处受力结构的分析。建筑物从竖向来说，连体部分的层数较多而且自身跨度较大，由于荷载作用所承受的内力很大。而水平方向上连体部分结构需要协调两侧建筑体的变形，承受了较大水平内力。
当建筑物受到水平地震或是风的作用之时，各个塔楼除了会产生一定的同向平动，同时伴随着相向运动。而结构方面不但会产生平动变形，也会出现扭转变形现象。在本工程中，每个塔楼的刚度各不相同，差距较大。当发生的各种平动、扭转振型相耦合之时，对整体结构产生的扭转效果将非常明显，振动的形态也变得更为复杂。
经过严密的计算，最终定下的设计方案是经过多重比较之后的方案。连接体的刚度也调至刚好能够协调好几个塔楼间的刚度，调控好整个建筑结构的扭转效应。同时严格按照标准规范，控制连接体自身构件受到水平、竖向的荷载作用后所产生的变形、应力等。
为了能更直观地了解实施方案，可参考图2，图中右图为多层钢桁架结构。本工程中，连体部分的受力主体选用了钢结构，并配合钢筋混凝土材质的楼板。主受力结构的钢材用的是Q345-B，而设置于底部的两层钢桁架，包括钢柱、横梁以及斜撑使用的都是焊接H型钢。在设置的时候钢柱应当旋转90°，上3层用钢框架，钢柱的设置同样旋转90°，并将其支撑在之下钢桁架的节点处。钢柱、钢梁、钢桁架之间需要用固接方式相连。而连体结构上的钢桁架的横梁与斜撑需要固接在两边的混凝土剪力墙筒体上。将H型钢埋设在钢桁架的横梁及斜撑与剪力墙相连处的混凝土柱端之内。由10层至16层均用强焊接的形式将钢构件与剖口相连，并在11层、13层、15层的钢梁之内的区格布置焊接的圆钢管作为钢支撑，以保证连体结构处楼板的平面内刚度。
5连体结构的选材
连体部分通常会选用钢结构、或是混凝土结构的桁架形式，两种方案的图示可见图1。经过计算可得造价比较表，如表1。
混凝土方案，是在连体结构的部分使用3道巨型混凝土桁架。钢结构方案，需要在连体结构的部分布置3道钢制的桁架。这两种方案选材不同，在受力方面均能符合要求。结合建筑物实际情况，分别分析两方案的优缺点。
若选用的是混凝土方案，结构梁、斜撑、柱等构件会产生较大断面，而建筑师需要底部两层的结构构件裸露于外，这样或多或少会对立面的美观性产生影响。本建筑具有跨度大、连接层数多的特点，这就使得选用混凝土方案后结构自重预计将比选用钢结构方案多出近3347t，自重增加的同时，连接体两侧柱以及剪力墙的基础造价也一起增加。此建筑的连体部位相对较高，需要巨型桁架结构，所以需要有能够承受住所有连体处荷载的模板，且只有当所有桁架构件都达到强度要求之后才能将模板拆除。但是混凝土的支模技术有一定的难度，支模的总费用支出达到200万元，会增加整体造价。在模板拆除的时候还需要充分计算各方向的桁架受力作用，避免桁架在模板拆除时瞬时加载产生不利影响。
若选用的是钢结构方案，能够适当缩小结构的整体重量以及桁架的截面尺寸。具有能够使建筑物轻盈、有造型感、空透的特点，有效增加了建筑物的实际使用面积。除此以外，还有施工速度快、造价低的优势。所以在本工程中，最终就选用了钢结构的施工方案。
6对整体计算的简要说明
地震力的作用需要在结构设计的时候充分考虑到扭转耦连振动影响的振型分解反应谱法。运用3种不同的力学模型的三维空间分析软件，分别进行位移以及整体内力的分析。将7度设防烈度、0.05的阻尼比以及Ⅱ类的场地类别等因素均考虑进去。工程的模型及荷载的输入运用的是PWPM结构分析软件系列中的PMCAD。SATWE主要负责工程结构的重点分析计算。最终结构对比校核的工作由TAT和PMSAP担当，并进行一定的补充计算分析。经过3种程序的主要计算分析，汇总得到表2。表中的层刚比取的是下部楼层侧向刚度与上相邻3层侧向刚度平均值的80%和与其相邻上层侧向刚度的70%两数据中较小的数值。
1）计算参数。①建筑的结构确定为钢筋混凝土结合的高层结构；②连体结构部分的楼板为弹性楼板；③楼层的刚度计算选用层间剪力比层间位移的方法；④以总刚模型的结构振动分析方法进行地震作用的分析；⑤地震按照不规则结构计算；⑥将计算振型数确定为15。
2）荷载工况。荷载工况主要以风荷载、重力荷载以及水平地震力为主要考量因素。按照《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2002）以及《建筑结构荷载规范》（GB50009—2012）的相关规定选用工况组合。
7结语
1）在分析复杂高层建筑之时不能单一使用一个程序，需要多种程序从不同角度分析，最终人工判断各个方法得出的计算结果。本文就是以SATWE为主，结合TAT、PMSAP进行的分析校核，最终得出较为满意的结果。
2）复杂的高层建筑通常会有显著的扭转效应，应设法减小其扭转周期。本工程中运用的是增设连廊水平支撑，同时增加连体结构部分桁架的刚度来解决的。
3）连体结构设计的关键问题之一是连接体本身跟两侧建筑物的支座连接。在本工程中选用的是强连接的方式，取得了很好的效果，完美地将受力协调掌控。
4）在设计竖向、水平都不规则的复杂高层建筑时，设置剪力墙以及竖向构件的时候要格外注意。尽量使得整个结构的质量中心跟刚度中心是接近的，这样可以有效削弱建筑结构的扭转效应。
参考文献：
[1]任旭.高层建筑连体结构设计探讨[J].工业建筑，2006（36）：324-327.
[2]娄宇，王红庆，陈义明.大底盘上双塔和连体高层建筑的振动分析[J].建筑结构，1999（4）：9-12.
[3]JGJ3—2002高层建筑混凝土结构技术规程[S].