多塔樓高空連廊結構分析與設計

李星儀侯澤宇王宇邵曉森

摘要：面向近期比較熱門的多塔樓連體建筑，從一些知名工程實例引入，在對連廊基礎結構特點進行理論說明的基礎上，進一步分析多塔樓高空連廊結構的組成及特點，并在此基礎上給出對于多塔樓高空連廊結構的一些設計要點。

關鍵詞：多塔樓；高層建筑；連廊；連體結構

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2016.11.132

1引言

隨著我國城市化建設進程的加快，越來越多高層連體結構被廣泛應用，其中，雙塔樓多塔樓形式越來越普遍。在大型商圈、醫(yī)院等建筑群中，高空連廊可以方便兩塔樓之間的聯(lián)系，同時因其具有良好的采光效果和廣闊的視野而可以用做觀光走廊或休閑咖啡廳等；另一方面，由于連廊的設置，可以使建筑外觀上更具特色，并能營造出一種更加和諧的建筑氛圍。然而，要設計出這樣一種連接多塔樓的高空連廊并非易事，它對高層結構的分析和設計有更高的要求。

2多塔樓高空連廊結構的工程應用

2.1杭州市民中心

位于錢塘江畔的杭州市民中心（如圖1所示）主體工程為6幢弧形塔樓，6塔樓以半徑約72～98m圍合向心，地下2層，地上26層，各相鄰塔樓間在高空約84～92m的層23～24處設有環(huán)形封閉鋼結構連廊將6幢塔樓連成整體，連廊中心弧線長度有53m和31m兩種跨度。

2.2當代MOMA

北京當代MOMA（如圖2所示）由8幢塔樓和7個連廊組成。7個連廊跨度在24.8m至54.5m之間，距地面高35.05m-58.5m?？臻g連廊不但將塔樓完整地連在一起，還有非常豐富的使用功能，包括游泳館、健身房、咖啡廳、酒吧、畫廊、圖書館、小型社區(qū)聚會場所等。

3連廊結構的基礎理論分析

3.1扭轉效應

在風荷載，地震荷載等作用下，結構本身除了平動變形之外，也會產(chǎn)生扭轉變形，扭轉效應會隨著連廊所連接兩個塔樓之間不對稱性的增加而增大，從而可能引起兩個塔樓的相對運動，使得扭轉效應更加明顯。

3.2受力復雜

在水平荷載的作用下，連廊需要承受較大的內力以協(xié)調連廊與塔樓相接的兩端的變形，同時，如果連廊自身跨度較大，那么其兼受豎向荷載和豎向地震作用。為確保結構的整體穩(wěn)定性和安全性，JGJ3-2010規(guī)范中明確規(guī)定了連接體結構應當加強的構造措施。

3.3兩端連接

連接處理方式根據(jù)建筑方案與實際情況而定，主要包括以下幾種：剛性連接、柔性連接、鉸接連接以及滑動連接等。

4多塔樓高空連廊結構的特點分析

4.1多塔樓連體結構的組成

4.1.1塔樓

塔樓，顧名思義，即像塔的樓，其長寬幾本相等。塔樓常采用結構與普通單體高層建筑差異不大，可簡要概括為剪切型、彎曲型和彎剪型。對于多塔樓結構，對稱性對結構性能有重要影響，靜力方面，結構剛度為主要影響因素，動力方面，結構頻率和阻尼為主要影響因素。

4.1.2連體

連體結構是指除裙樓以外，塔樓之間帶有連接體的結構。高層連體建筑結構在形式上主要分兩種：凱旋門式和連廊式。連體跨越于兩塔樓之間，形式上類似橋梁，然而兩者在外荷載形式和兩端連接方面有所區(qū)別。靜力方面，兩者都受豎向外載和水平向風載，但是海拔較高的連體受風載較大。動力方面，橋梁主要承受來自橋面振動沖擊，連體主要承受來自兩端塔樓的振動。

4.2多塔樓高空連廊結構的特點

連體結構由于其由多部分組成，結構特性更為復雜，其特點主要表現(xiàn)在組成部分之間的關系上，而聯(lián)系各組成部分的結構就是連體，故連體是分析和設計多塔樓連體結構的關鍵點，對結構的最終成型有著至關重要的影響。多塔樓連體結構的動力特性及抗震抗風性能是它與其他結構相比較為突出的特性，其自身擁有諸多的特殊性，通過上文對連廊結構特點進行理論分析，下面給出多塔樓高空連廊結構具體特性體現(xiàn)。

4.2.1對稱性

對于結構對稱，受力亦對稱的結構，結構響應也是對稱的，因此，在對稱的多塔樓連體結構中，在地震荷載作用下塔樓的振動情況相同，故如果連廊有很強的剛度，連廊結構就不能發(fā)揮多少連接作用。而另一方面，若塔樓之間越不對稱，在地震荷載作用下不同塔樓的振動情況差異就會越大，連廊結構為協(xié)調塔樓振動，所發(fā)揮的連接作用就會增大。

4.2.2扭轉效應

當側向荷載作用在多塔高空連廊結構上的方向不同時，會體現(xiàn)出不同的結構性能。無論是橫向荷載還是縱向荷載，結構都會產(chǎn)生該方向平面內的側移，其中，對于橫向荷載作用，結構還會發(fā)生扭轉，而扭轉效應會隨塔樓間不對稱性的增加而增大。即便是對稱塔樓，由于連廊變形，結構本身除了會有一定平動之外，還會有相向運動產(chǎn)生。尤其在實際工程中更應注意，因為實際情況中不同塔樓地震振動情況不同，若發(fā)生響應，會對連體部分產(chǎn)生很大影響。

4.2.3連廊連接

連廊作為連體的一種除了需要承受各種荷載，其更為重要的作用是協(xié)調連體兩端的變形和振動所傳遞的力，所以連廊與塔樓連接形式的正確選取對于整個多塔連體結構有著十分重要的影響，這一點在前文曾提及。連廊與塔樓的連接形式大體上分為兩種：強連接結構形式和弱連接結構形式。

強連接結構下分兩種，剛性連接和鉸接連接。剛性連接是所有連接方式中連接作用最強的，起到加強聯(lián)系連廊與塔樓，增強連廊穩(wěn)定性的作用。弱連接結構適用于連廊跨度大而剛度小，無法協(xié)調連接體兩側結構共同工作的情況，分為滑動連接和柔性連接。采用滑動連接可以減小連廊的受力，然而此時連廊會失去協(xié)調結構的能力，此外，滑動連接需要設置復位裝置，因此它適用于連廊位置低、跨度小的結構。柔性連接可以選擇合適的連接剛度，從而有利于自身和整體的受力。

4.3多塔樓高空連廊結構設計要點

連廊結構的材料理論上需要具備強度高，質量小且方便安裝的特性，鋼結構是最常用的，當塔樓強強連體，柔性連接為首要選擇；當塔樓強弱連體，可選擇剛性連接。結構分析軟件推薦使用有限元分析軟件，計算模型采用多塔連接及彈性樓板假設，荷載方面，連廊區(qū)要考慮施工和使用過程中的吊掛荷載。采用剛性連接后，如果連廊鋼構件的局部應力比較大，可以考慮柔性連接，此外，為檢驗設計的合理性應盡可能做震動臺試驗及風洞試驗。施工時一定要考慮到大跨度預起拱和施工工況，大跨度連廊應根據(jù)計算撓度確定而做好預起拱措施，鋼結構連廊通常是預先組裝好好再進行吊裝，故應考慮施工工況。

參考文獻

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