專利名稱：混合連體超高層結(jié)構(gòu)體系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種混合連體超高層結(jié)構(gòu)體系。
背景技術(shù)：
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(shè)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(jì)八十年代開始，特別是九十年代到本世紀(jì)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(shè)計了眾多體型復(fù)雜和內(nèi)部空間多變的高層建筑。其中就包括連體架構(gòu)。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(dāng)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(shí)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(qiáng)，可以有效增大結(jié)構(gòu)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(gòu)的整體剛度影響較小。近十幾年來，高層連體結(jié)構(gòu)的發(fā)展越來越快，這種結(jié)構(gòu)形式的建筑造型獨(dú)特、結(jié)構(gòu)新穎、高新技術(shù)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(guān)注。 高層連體結(jié)構(gòu)一般由兩個或多個塔樓與設(shè)置在一定高度處的架空連接體組成。塔樓的結(jié)構(gòu)形式同普通單幢高層建筑，可以是框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)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(gòu)形式靈活多樣，可以是鋼結(jié)構(gòu)、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)等；可視工程具體情況決定。連接體的設(shè)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(dú)特的建筑造型，這使得連體結(jié)構(gòu)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(yīng)用，還有許多其他的優(yōu)點(diǎn)，如有利于防火、有利于形成共享空間以及增強(qiáng)結(jié)構(gòu)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(zāi)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(zāi)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(zāi)發(fā)生時，消防隊員可利用未發(fā)生火災(zāi)的普通電梯，達(dá)到起火塔樓的樓層附近，通過連接體迅速方便的進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)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(shè)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(gòu)的側(cè)向剛度降低，連接作用強(qiáng)的高層連體結(jié)構(gòu)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(gòu)側(cè)向位移，增加結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。 從結(jié)構(gòu)總體概念而言，只要處理好連接體與塔樓的受力關(guān)系，做好抗震概念設(shè)計和計算，防止水平地震下的結(jié)構(gòu)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(gòu)整體穩(wěn)定性很抗震抗風(fēng)性能的提高的。盡管連體建筑有防火、便于住戶交流、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等方面的有點(diǎn)，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(yīng)也有不同，連接體及其相鄰部位受力復(fù)雜，常常在地震中造成較
為嚴(yán)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(shí)例，1999年的臺灣集集地震中也有架空連廊破壞的實(shí)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(yán)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(yán)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(gòu)的破壞情況不同，連接較強(qiáng)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(yán)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(gòu)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(gòu)的體型復(fù)雜，因此受力也比一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜。連體結(jié)構(gòu)尤其是超高層連體結(jié)構(gòu)特別需要關(guān)注的問題有結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)、連接體兩端結(jié)構(gòu)連接方式。在風(fēng)或地震作用下，連體結(jié)構(gòu)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(yīng)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(yùn)動，該振動形態(tài)是與整體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振型耦合在一起的，此時連體部分結(jié)構(gòu)受力很不利。連接體的加入使得結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振型成分增多，并提前出現(xiàn)；對于對稱結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)對稱振型與反對稱振型；對于非對稱結(jié)構(gòu)，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(gòu)存在偏心的連體結(jié)構(gòu)，存在斜向振動，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯。對于對稱連體結(jié)構(gòu)， 連體平面外振型的周期要大于單體結(jié)構(gòu)，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(gòu)，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(gòu)中，增加連體的剛度能增大連體平面內(nèi)整體結(jié)構(gòu)的剛度。對于對稱連體結(jié)構(gòu)，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(yīng)，且這種作用存在極值點(diǎn)，也就是當(dāng)連體位于某個樓層時，整體結(jié)構(gòu)位移達(dá)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(gòu)的最大層間位移角均小于單體結(jié)構(gòu)的最大層間位移角。對于非對稱結(jié)構(gòu)，連體的耦合作用，使得扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較為顯著，當(dāng)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(gòu)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(qiáng)連接；(2)弱連接。
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強(qiáng)連接的連接方式要求連接體結(jié)構(gòu)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(rèn)為兩端剛接、兩端鉸接的連體結(jié)構(gòu)屬于強(qiáng)連接結(jié)構(gòu)。強(qiáng)連接的連接方式在結(jié)構(gòu)設(shè)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(dān)協(xié)調(diào)連接體兩端的變形及振動所產(chǎn)生的作用效應(yīng)，因此連接體同塔樓的連接處受力較大，構(gòu)造處理較復(fù)雜。強(qiáng)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(gòu)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(gòu)在地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；(2)各層抗側(cè)力剛度變化很大，形成多個薄弱層與應(yīng)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(fù)雜，并影響豎向荷載在抗側(cè)力構(gòu)件中的傳力路徑和結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布；(4)由于收縮、徐變等非荷載效應(yīng)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(gòu)出于不利的受力狀態(tài)。基于實(shí)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(bǔ)充，揭示了連體結(jié)構(gòu)在不同地震下的震害。理論、試驗與實(shí)踐研究成果表明采用強(qiáng)連接的方式時，整體動力特性上，連體結(jié)構(gòu)平扭耦合作用較強(qiáng)，對稱連體結(jié)構(gòu)受力比非對稱結(jié)構(gòu)受力簡單；連接體本身及上下樓層受力復(fù)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(fēng)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(yīng)會引起結(jié)構(gòu)的附加內(nèi)力，若忽略其作用， 會引起結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。混合結(jié)構(gòu)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(gòu)豎向變形差異，導(dǎo)致幕墻、隔墻、機(jī)電管道和電梯等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件受損，造成耐久性和建筑外觀方面的問題、水平構(gòu)件產(chǎn)生附加內(nèi)力。通過施工補(bǔ)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(qiáng)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(gòu)的穩(wěn)定性差，此外施工進(jìn)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(gòu)受力復(fù)雜的重要思路。其基本原理是當(dāng)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(fù)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(gòu)進(jìn)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(rèn)為連接體一端與塔樓結(jié)構(gòu)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(gòu)。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(gòu)高度的增加而更加顯著。水平荷載作用下，結(jié)構(gòu)呈彎曲變形，隨結(jié)構(gòu)高度的增加，主體塔樓自身側(cè)向位移變形的控制將相當(dāng)困難。 當(dāng)連體位置較高時，對支座變形能力要求更高，連接支座的設(shè)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(gòu)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(gòu)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(dāng)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(gòu)工程規(guī)模越來越大，地震設(shè)防烈度越來越高，控制結(jié)構(gòu)變形、確保支座相對行程以避免連體高空跌落等二次災(zāi)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(jìn)行設(shè)計。對塔樓結(jié)構(gòu)靜力和動力性能的影響都可不考慮。對于采用強(qiáng)連接方式的連體，連體的剛度和位置的改變對結(jié)構(gòu)的影響比較復(fù)雜。連體剛度的變化對結(jié)構(gòu)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(gòu)，連體剛度的變化使結(jié)構(gòu)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(gòu)整體剛度增強(qiáng)。連體位置的變化對結(jié)構(gòu)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(gòu)，連體的位置和數(shù)量更加靈活，從而對連體結(jié)構(gòu)性能的調(diào)控能力也更強(qiáng)，情況也相應(yīng)復(fù)雜。連接體部分結(jié)構(gòu)設(shè)計時，若連接體所處位置較高，則需要特別注意風(fēng)荷載和豎向地震的作用。連接體處在兩幢塔樓之間，設(shè)計風(fēng)荷載取值時有必要考慮兩建筑形成的狹縫效應(yīng)，按規(guī)范計算的最不利風(fēng)荷載偏小。連接體的跨度較大時，其樓板體系在滿足強(qiáng)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(gòu)剛接的結(jié)構(gòu)， 應(yīng)特別注意加強(qiáng)連接體結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造，這包括水平方向連接與豎向連接的構(gòu)造。連接體采用弱連接時，一方面要確定支座的預(yù)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(gòu)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(gòu)產(chǎn)生附加彎矩，同時造成自身應(yīng)力或變形過大，設(shè)計中應(yīng)考慮釋放這種應(yīng)力或變形的措施(如延緩連接體的結(jié)構(gòu)合攏時間)，以確保結(jié)構(gòu)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(gòu)跨度較大，連接體部分結(jié)構(gòu)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(shí)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(qiáng)材料的采用，樓板體系變得更輕柔，在滿足強(qiáng)度、變形要求的情況下，大跨度樓板因為日常活動引起的振動問題日益凸現(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(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)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(qiáng)連接或弱連接方式的結(jié)構(gòu)將越來越不適用。混合連體超高層結(jié)構(gòu)體系就是為解決上述問題而提出的。混合連體超高層結(jié)構(gòu)體系是將強(qiáng)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(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等問題。這種結(jié)構(gòu)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(gòu)體系，克服超高層建筑連體結(jié)構(gòu)存在的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)與變形過大的問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是提供一種強(qiáng)弱連接的方式相結(jié)合的混合連體超高層結(jié)構(gòu)體系，即通過連體的布置對剛度的有效調(diào)整，改善結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，控制結(jié)構(gòu)的變形。本發(fā)明的目的，可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)混合連體超高層結(jié)構(gòu)體系，包括主體塔樓I、采用強(qiáng)連接方式的連接體2以及采用強(qiáng)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(qiáng)連接方式的連接體2為空間鋼結(jié)構(gòu)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(gòu)特性的需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成靈活多變的混合連體超高層結(jié)構(gòu)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(yīng)用于偏心明顯的連接體，從而減小結(jié)構(gòu)在水平地震或風(fēng)荷載下的側(cè)向位移與扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。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(gòu)剛度與質(zhì)量也盡量對稱， 單塔的結(jié)構(gòu)體系可選用筒體結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中，所述強(qiáng)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(jìn)行布置，從而得到建筑效果與結(jié)構(gòu)效率的雙贏。本發(fā)明中，所述強(qiáng)連接方式的連接體2與主體塔樓I的核心筒進(jìn)行可靠的剛性連接，連接體的空間鋼結(jié)構(gòu)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(shè)置豎向型鋼，型鋼設(shè)置范圍為連體部分上下各延伸一層。本發(fā)明中，所述強(qiáng)連接方式的連接體2所在的樓層，連接體部分的樓板應(yīng)有較強(qiáng)的剛度，且與主體塔樓的樓板可靠連接，并加強(qiáng)配筋構(gòu)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(gòu)，鋼構(gòu)件斷面的宜為H型或箱型，鋼構(gòu)件之間通過焊接方式進(jìn)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(yù)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(qiáng)結(jié)構(gòu)的局部承載能力，牛腿之間采用工字型鋼梁進(jìn)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(hù)層橡膠、下封板和下連接板組成，該支座具有耗能能力，復(fù)位能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。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(shí)施方法在于支座的上連接板與連接體邊梁通過高強(qiáng)螺栓連接，支座的下連接板與主體結(jié)構(gòu)的牛腿通過高強(qiáng)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(gòu)成多層橡膠支座承擔(dān)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(fù)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(fù)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(qiáng)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(gòu)特性的需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成靈活多變的混合連體超高層結(jié)構(gòu)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(yīng)用于偏心明顯的連接體，從而減小結(jié)構(gòu)在水平地震或風(fēng)荷載下的側(cè)向位移與扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，使結(jié)構(gòu)達(dá)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(gòu)體系中，利用強(qiáng)連接方式協(xié)同變形的能力，控制整體結(jié)構(gòu)的水平位移。利用弱連接方式對整體結(jié)構(gòu)剛度與質(zhì)量的影響較小的特點(diǎn)，控制結(jié)構(gòu)地震作用下的扭轉(zhuǎn)變形。利用強(qiáng)弱連接方式分布位置的靈活性，調(diào)整結(jié)構(gòu)的受力與變形特性，從而大大改善結(jié)構(gòu)的抗震抗風(fēng)性能，提高結(jié)構(gòu)的工作效率。設(shè)計合理的混合連體超高層結(jié)構(gòu)體系在不同烈度地震下有不同的地震響應(yīng)。多遇地震下，結(jié)構(gòu)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(fù)變形，耗散地震作用下輸入給超高層結(jié)構(gòu)的能量，減小地震下的不適感。在設(shè)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(fù)變形，以進(jìn)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(fù)性與便于拆換的特性，可以較為容易的對連接部位進(jìn)行維護(hù)。在罕遇地震作用下，通過強(qiáng)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(gòu)體系是針對多連體超高層建筑的一種新型結(jié)構(gòu)體系方案。強(qiáng)弱連接兩種方式的結(jié)合使結(jié)構(gòu)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(gòu)扭轉(zhuǎn)作用等。 強(qiáng)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(shí)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(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號，I為主體塔樓，2為強(qiáng)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(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的實(shí)施例I中采用強(qiáng)連接方式的連接體2所在樓層的平面結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明的實(shí)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(gòu)示意圖4為本發(fā)明的實(shí)施例I中采用強(qiáng)連接方式的連接體2的空間鋼桁架的立體結(jié)構(gòu)圖5為本發(fā)明的實(shí)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(gòu)
具體實(shí)施方式
參見圖I、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6。本實(shí)施例中包括主體塔樓I、采用強(qiáng)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(shè)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(shè)置了大跨度的樓板或連廊，由于這種樓板或連廊的設(shè)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(gòu)設(shè)計的角度，這種設(shè)置使得結(jié)構(gòu)的布置變得復(fù)雜，同時具有多種可能性。這類建筑若采用目前常見的強(qiáng)連接方式形式的結(jié)構(gòu)體系，將出現(xiàn)由于連體偏置產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)加劇，出現(xiàn)大量的薄弱層與應(yīng)力集中，結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)將非常復(fù)雜與不利；若采用弱連接方式，相當(dāng)于將整體結(jié)構(gòu)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(gòu)各自受力、整體性差、變形增大、高區(qū)的連體處支座設(shè)計困難等問題。研究表明，強(qiáng)連接方式設(shè)置在高區(qū)時對整體結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)能力高于設(shè)置于低區(qū)，偏置的連接體采用強(qiáng)連接時使扭轉(zhuǎn)效應(yīng)增強(qiáng)，對于主體塔樓抗側(cè)剛度偏差較大的區(qū)域， 采用強(qiáng)連接方式將造成明顯的扭轉(zhuǎn)增強(qiáng)與應(yīng)力集中。本實(shí)施例的混合連體超高層結(jié)構(gòu)體系，主要布置形式為高區(qū)位置的連體采用強(qiáng)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(gòu)側(cè)向位移進(jìn)一步調(diào)整的需要，選擇強(qiáng)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(gòu)的需要與建筑師溝通進(jìn)行變換強(qiáng)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(gòu)優(yōu)化的角度，可以通過這種變換找到扭轉(zhuǎn)效應(yīng)減弱與變形減小的最佳契合點(diǎn)。混合連體超高層結(jié)構(gòu)體系的一種較優(yōu)的結(jié)構(gòu)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(gòu)或筒體結(jié)構(gòu)；采用強(qiáng)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(jìn)行可靠剛性連接，連接體的鋼結(jié)構(gòu)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(shè)置型鋼，連接體部分的樓板應(yīng)有較強(qiáng)的剛度，且與主體塔樓的樓板可靠連接，并加強(qiáng)配筋構(gòu)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(gòu)相連，隔震支座采用鉛芯橡膠隔震支座以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)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(gòu)，鋼構(gòu)件斷面的宜為H型或箱型，鋼構(gòu)件之間通過焊接方式進(jìn)行連接。連接體與塔樓之間預(yù)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(hù)層橡膠、下封板和下連接板組成，該支座具有耗能能力，復(fù)位能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，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(qiáng)結(jié)構(gòu)的局部承載能力，牛腿之間采用工字型鋼梁進(jìn)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(qiáng)螺栓連接，支座的下連接板與主體結(jié)構(gòu)的牛腿通過高強(qiáng)螺栓連接。本實(shí)施例的混合連體超高層結(jié)構(gòu)體系，具有以下幾點(diǎn)好處(I)采用強(qiáng)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(qiáng)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(fēng)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(gòu)約束，降低連體與塔樓交界處應(yīng)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(gòu)自重的同時保證了足夠的剛度，慣性力的減小與結(jié)構(gòu)剛度的增加，使得連接體的樓面與整體結(jié)構(gòu)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(shí)施例的比較表明，與無該連接體結(jié)構(gòu)相比，多遇及罕遇地震作用下連廊的存在對主體結(jié)構(gòu)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(gòu)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(shè)置增大了整體結(jié)構(gòu)的阻尼效應(yīng)，因而減小了整體結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)；(6)多遇地震下，多層橡膠、加勁鋼板構(gòu)成多層橡膠支座承擔(dān)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(fù)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(fù)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(qiáng)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(gòu)剛度突變較小的結(jié)果，在設(shè)計中有效減少結(jié)構(gòu)薄弱層的出現(xiàn)，從而增加結(jié)構(gòu)的安全性并節(jié)約建設(shè)用材。
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權(quán)利要求
1.一種混合連體超高層結(jié)構(gòu)體系，包括主體塔樓(I)、采用強(qiáng)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(qiáng)連接方式的連接體(2)為空間鋼結(jié)構(gòu)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(gòu)特性的需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，形成靈活多變的混合連體超高層結(jié)構(gòu)體系，采用強(qiáng)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(yīng)用于偏心明顯的連接體，從而減小結(jié)構(gòu)在水平地震或風(fēng)荷載下的側(cè)向位移與扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混合連體超高層結(jié)構(gòu)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(gòu)或框架-核心筒結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的混合連體超高層結(jié)構(gòu)體系，其特征在于采用強(qiáng)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(gòu)桁架， 空間桁架與主體塔樓的核心筒進(jìn)行可靠剛性連接，采用強(qiáng)連接方式的連接體(2)的空間鋼結(jié)構(gòu)桁架伸入核心筒至少一跨或貫通核心筒。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合連體超高層結(jié)構(gòu)體系，其特征在于采用強(qiáng)連接方式的連接體(2)的連接部位剪力墻內(nèi)設(shè)置豎向型鋼，型鋼設(shè)置范圍為連體部分上下各延伸一層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混合連體超高層結(jié)構(gòu)體系，其特征在于采用強(qiáng)連接方式的連接體(2)所在的樓層，連接體部分的樓板應(yīng)有較強(qiáng)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(quán)利要求I所述的混合連體超高層結(jié)構(gòu)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(gòu)，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(quán)利要求6所述的混合連體超高層結(jié)構(gòu)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(yù)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(quán)利要求6所述的混合連體超高層結(jié)構(gòu)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(qiáng)結(jié)構(gòu)的局部承載能力，牛腿之間采用工字型鋼梁進(jìn)行拉結(jié)，提高牛腿的穩(wěn)定性。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或6所述的混合連體超高層結(jié)構(gòu)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(hù)層橡膠、下封板和下連接板組成，該支座具有耗能能力好，復(fù)位能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的混合連體超高層結(jié)構(gòu)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(qiáng)螺栓連接，支座具有下連接板與主體結(jié)構(gòu)的牛腿通過高強(qiáng)螺栓連接。
全文摘要
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種混合連體超高層結(jié)構(gòu)體系，包括主體塔樓1、采用強(qiáng)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(gòu)或框架-核心筒結(jié)構(gòu)；所述采用強(qiáng)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(jìn)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(gòu)相連，連接體與塔樓之間預(yù)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(gòu)體系適用于多連體的超高層結(jié)構(gòu)體系，它具有結(jié)構(gòu)剛度可調(diào)范圍大、整體結(jié)構(gòu)變形小、地震耗能能力強(qiáng)、震后便于修復(fù)等一系列優(yōu)越的特性，是一種優(yōu)越的連體高層結(jié)構(gòu)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(quán)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(jì)大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團(tuán))有限公司