李远建

（CCDI悉地（苏州）勘察设计顾问有限公司，江苏 苏州 215000）

苏州元和塘桥塔楼工程连体结构设计

李远建

（CCDI悉地（苏州）勘察设计顾问有限公司，江苏 苏州 215000）

两幢或几幢建筑之间由架空连接体相互连接，以满足建筑造型及使用功能的要求。连体结构因为通过连接体将不同结构连在一起，体型比一般结构复杂，因此连体结构的受力比一般单体结构或多塔楼结构更复杂。结合实际工程对该类结构设计中应注意的要点进行探讨。

连体结构；强连接；弱连接；连接体支座

1　工程概况

本工程位于江苏省苏州市相城区华元西路。由四座体型，平面和刚度完全相同的独立单体塔楼通过连廊和钢天桥分别在15.600和20.100标高（本工程+0.000=8.400八五国家高程）处两两相连组成。单塔楼结构层数地上七层，地下一层，突出屋面小塔楼二层。结构计算高度。总建筑面积。根据建筑功能本工程分为A楼和B楼，A楼，B楼分别由河每侧两个塔楼（间距）在15.600高度处通过连廊连成一个整体。同时A，B楼又在20.100标高处通过两座钢天桥连接在一起。A，B楼隔河相距。由于装饰要求每座塔楼顶部有二层钢结构构架突出屋面。

整体建筑是由完全相同的四座主体塔楼通过四个连接体两两相连，构成多塔连体建筑，见图1。

2　结构方案

本工程根据建筑布置，四个分塔抗侧力体系采用剪力墙（带端柱）结构。

本案中的钢结构人行通廊为架空式连廊形式(弱连接),跨度48m,宽度3.5m,高度3m。本案中的过街楼为钢筋混凝土结构连接体(强连接),跨度25.6m,宽度与两侧主塔同宽9.9m,高4.5m。本案中包含了两类连接体结构，且在不同方向，不同高度和不同大跨度连接成整体，其整体受力较复杂性。

首先，相比其它体型结构，连体结构扭转振动变形较大，扭转效应较明显，应引起重视。连接体部份是连体结构的关键部位，其受力较复杂。其次，连接体部份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。最后，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。

（1）《高规》JGJ3-2010第10.5.4条：连接体结构与主体结构宜采用刚性连接。刚性连接时连体结构的主要构件应至少伸入主体结构一跨并可靠连接；必要时可延伸至主体部分的内筒，并与内筒可靠连接。本工程过街楼连接体采用4根600× 1500预应力钢筋混凝土梁跨度25.6米作为连接体的楼，屋面支承梁与两端塔体连接。楼，屋面板厚均为160mm。连接体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。

（2）钢结构人行通廊跨度达48m，连接体结构较弱，无法协调连接体两侧的结构共同工作，故连接体结构与主体结构采用一端铰接，另一端做成滑动支座，此时应重点考虑滑动支座的做法，限复位装置的构造，并要求预计支座滑移量应能满足两个方向在罕遇地震作用下的位移要求。并应采取防坠落，撞击措施。罕遇地震作用下的位移要求，应采用时程分析方法进行计算复核。（本工程48m跨连廊采用钢桁架结构，在罕遇地震作用下位移量最大值为73×2=146mm，选用盆式橡胶支座允许位移200mm，满足要求。）

无论是强连接还是弱连接方式，连体结构均是通过连接体将不同结构连在一起，体型比一般结构复杂，因此连体结构受力比一般单体结构或多塔结构更复杂，其变形及受力具有如下特点：连体结构自振振型较为复杂，前几个振型与单体建筑有明显不同，除顺向振型外，还出现反向振型，因此要进行详细的计算分析；连体结构总体为一开口薄壁构件，扭转性能较差，扭转振型丰富，当第一扭转频率与场地卓越频率接近时，容易引起较大的扭转反应，易使结构发生脆性破坏。连体结构中部刚度小，而此部位混凝土强度等级如果低于下部结构，从而使结构薄弱部位由结构的底部转为连体结构中塔楼的中下部，这是连体结构设计时应注意的问题。

（3）连接体部位的确定：根据建筑功能的分区，本案桥两端的两个单塔由一跨度25.6m的单层建筑在15.6m处连成一体，分别称为A塔楼，B塔楼。而A，B两塔楼之间在21m处由跨度达48m的架空连廊弱性连接的连体结构。

（4）A，B塔楼结构体系的确定：整个结构类似一个巨大的“门框”,连接体在结构的顶部与两侧“门柱”（两侧结构）连接成整体楼层，连接体的宽度与两侧“门柱”的宽度相等，两侧“门柱”结构平面形式对称，具有的体型，平面和刚度。连体部分具有足够的刚度，可协调两侧结构的受力，变形，使整个结构共同工作，故可做成强连接。两端均为刚接。

（5）A与B楼之间（钢结构架空连廊式连接体）结构体系的确定：由于其跨度很大，且自身刚度较弱不能协调A，B楼的结构受力和变形，故做成弱连接，即一端与结构铰接，一端做成滑动支座，或两端均做成滑动支座。本工程滑动支座采用桥梁上常用的盆式橡胶支座，该支座除能允许一定位移外还具有复位功能。

3　设计要点

本工程属连体建筑。根据《高规》：连体建筑结构属复杂结构。本工程为六度设防，且只具有一项竖向不规则。根据《江苏省房屋建筑工程抗震设防审查细则》关于超限建筑的认定，本工程不附合房屋结构特别不规则中有关超限规定，故不属超限建筑。但应为复杂结构。解决措施:

根据《高范》规定，连体结构各独立部分宜有相同或相近的体型，平面和刚度。宜采用双轴对称的平面形式。本工程四个独立塔楼是完全相同，且结构抗侧力构件的布置也均匀双向对称。同时本工程采用两个不同的三维空间有限元计算程序进行结构分析，并结合弹性时程分析，必要时结合弹塑性静力或动力分析，对结构的薄弱层或薄弱部位有针对性地采取加强措施。

采用PKPM结构计算软件对各单体进行整体抗震验算（见图2）。对突出屋面的局部塔楼层当作普通楼层输入，并对地震作用乘以放大系数。

图2　整体计算模型

由于公路桥涵结构的设计基准期为100a，为取得两者的统一且能够在现有结构计算软件中体现，本工程采取以下措施：（1）结构重要性系数取1.1，以考虑可变荷载设计使用年限100a的增大系数。（2）雪荷载，风荷载按设计基准期100a取值0.45kN/m2，0.5kN/m2。（3）本工程抗震设防类别按乙类，通过提高抗震措施作为处理设计使用年限为100a的抗震设计。

刚性连接体楼板应进行受剪截面和承载力验算。同时补充分塔模型计算分析。

本工程A，B塔楼由两个完全相同的小塔楼通过强连接形成一个整体为扭转不规则结构而同时又满足扭转不规则强制控制指标（突破规范时Uma/U＜1.8，T他/T＜0.95）,故采用性能目标C级来进行结构抗震设计。C级性能目标：（1）在弹性反应谱小震作用下，满足性能水准1的要求，结构处于弹性状态，取单向偶然偏心或双向地震作用最不利情况组合重力荷载效应，构件承载力和最大位移满足现行规范要求。（2）在弹性反应谱中震作用下，满足性能水准2的要求，结构基本处于弹性状态，即不考虑地震作用下内力调整，计入荷载，地震作用分项系数和抗震承载力调整系数，取单向偶然偏心或双向地震作用最不利情况组合重力荷载效应，取材料设计强度计算构件承载力满足组合效应要求，计算最大位移满足与扭转不规则指标突破程度相适应的加严的限值要求。（3）在动力或静力弹塑性大震作用下，组合重力荷载效应，满足性能水准3的要求，结构少数薄弱部位允许达到屈服阶段，整体结构还需具备一定的刚度，计算弹塑性平均层间位移控制在规范对现行规范对各类结构弹塑性层间位移角限值加严一倍的范围内。基于性能抗震设计，有利于《建筑抗震设计规范》抗震设防三目标在复杂不规则建筑结构中得到更加具体量化的控制与实施。通过小震，中震作用承载力，位移效应双控，提高了结构刚度，提高了结构总体承载能力，再通过抗震构造措施，由于扭转不规则带来的各种不利影响，应可基本受到控制，可基本实现大震作用下结构只受到少量破坏的C级抗震设防目标。

苏州地区属地震相对稳定区域，本区基底岩性较弱，具柔性，很难具备大震活动的岩石条件，地层可塑性强，破裂变形弱，能量易释放而不易孕育大震。因此本工程考虑罕遇地震时按中震不屈服。

除了采用两套程序进行整体结构计算分析外，另外对结构进行水平地震作用弹性动力时程分析计算。

本工程关键部位为连接体部份，对该部份主要受力构件预应力梁采用按中震计算。

TU31

B

1009-7716（2016）11-0141-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.11.040

2016-06-20

李远建（1965-），男，江苏苏州人，高级工程师，从事结构设计工作。