某高层双塔连体抗震超限结构设计

某高层双塔连体抗震超限结构设计

安卫锋

重庆同乘工程咨询设计有限责任公司重庆400023

摘要：高层双塔连体结构受力比一般多塔结构更为复杂，本文结合某高层双塔连体结构抗震超限设计，对性能化目标选择、连体设计细节、结构抗震加强措施等方面提出了合理的建议。

关键词：双塔连体；柔性连接；连体选型

1前言

双塔连体结构的连接方式分为强连接和弱连接两类，弱连接方式的连体一端与结构铰接另一端为滑动支座或两端均为滑动支座，两塔楼结构独立工作，连体结构受力较小，两端滑动连接的连体在地震作用下与两塔楼相对振动较大，支座设计特别关键。强连接方式的连体结构包含多层楼盖，连体结构刚度足够大，能将主体结构连接为整体，协调受力和变形。

2工程概况

本工程为综合办公类公共建筑，两栋办公塔楼，部分配套商业展览及裙房办公，项目考虑为该片区提供办公及商业配套，完善城市功能。总建筑面积124951.41平米，其中地上建筑面积105454.46，地下建筑面积19496.95，建筑总高度为97.5m，两栋塔楼层高均为3.9米，平面对称，高度相同，平面尺寸41米X30米，为对称双塔结构。19~20层两个塔楼在长边中间中心通过钢结构连廊连接，连体跨度40米，宽度8.6米，高度7.8米，连接三层楼面。工程效果图如图1所示

图1

该工程建筑场地抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分为第一组，设计特征周期值，Ⅱ类取0.35s。基本风压0.3KN/M2，地面粗糙度为B类。塔楼结构采用框架-核心筒结构，与连体相连的框架柱采用型钢混凝土结构。

3结构设计

塔楼采用框架-核心筒结构，核心筒布置在结构平面中心。该连体跨度较大，相对塔楼刚度较弱，采用刚接无法协调两塔共同作用，综合比较采用柔性连接，连体宽度较小，两端支座放置在两个框架柱伸出的牛腿支座上，为了增加结构可靠度，连体通过4个支座与下部每个塔楼相连。由于连体跨度达到40米，为了减轻结构重量，减小地震作用，连体采用钢构架结构，通过两榀桁架与主体框架柱连接，两榀桁架之间通过楼面形成整体，与桁架相连接的框架与内部核心筒墙体形成一片完整的框架，增加结构整体刚度。

结构整体模型如图2，塔楼结构平面布置如图3

图2

结构性能目标确定，由于本工程仅存在双塔连体结构超限的情况，本工程超限复杂高层的性能目标定为D级。其中关键构件为连体、连体支座、连体所在楼层及上下两层楼面、支座处框架柱。关键构件连体支座及框架柱保证大震弹性，其余构件保证中震弹性，大震不屈服。

4结构分析

小震作用下，本工程结构整体分析分别采用PKPM、MidasBuilding进行分析计算，采用整体空间结构模型。小震CQC计算主要结果显示两者小震弹性计算结果比较接近，分布规律相同。

图3

结构弹性时程分析选用了3条地震波进行计算，每条地震波计算所得结构底部剪力与振型分解反应谱法计算结果之间的误差均在35%以内，3条波计算的平均底部剪力与振型分解反应谱法计算结果之间的误差均在20%以内，满足规范要求，同时结构的变形指标与规律均与振型分解反应谱法计算结果接近，验证了振型分解反应谱法计算的合理性。弹性时程计算的基底剪力平均值与CQC法计算的基底剪力比值约为1.3。故，将小震CQC法的地震作用乘以1.3的放大系数进行结构设计。

由于地震烈度不高，中震作用下，主体结构变化不大，关键构件按中震结果进行结构设计。

大震作用下重点分析支座位移、关键构件内力变化等。在大震作用下，塔楼大震最大层间位移角1/475远低于1/100的规范限值的要求。能实现大震不倒抗震目标。连体支座处最大位移，X向225mm，Y向131mm。本项目采用橡胶支座，该支座具有良好的水平变形能力，极限位移可达到500mm，完全能保证该项目支座位移变形的要求，保证大震下支座不脱落。

5总结

由于该项目连体是结构设计难点，也是保证结构安全的重要节点。在设计中采用概念设计和抗震性能化设计方法，根据抗震原则及建筑特点，合理选择了结构体系。进行了多遇水准地震作用下CQC对比分析（包括单塔不同软件模型对比）、弹性时程分析、设防水准地震作用下的等效弹性分析、罕遇水准地震作用下的等效弹性与弹塑性分析、支座的详细分析、钢结构的详细分析。根据分析结果对结构提出了针对性的加强措施。

项目整体性能目标为D级，但连体相关构件关键构件性能目标提高到B级甚至A级，并且提高部分关键构件的性能目标，如支座、牛腿等可按大震弹性进行结构设计。同时加强竖向构件设计，适当提高配筋率，保证支承连体的构件有足够的抗震能力。与连体相连的楼板进行大震分析，保证大震不屈服。

参考文献

[1]建筑抗震设计规范GB50011-2010（2016年）.

[2]混凝土结构设计规范GB50010-2010（2015年）.

[3]高层民用建筑钢结构技术规程JGJ99-2014.

[4]高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010.

[5]超限高层建筑工程抗震设防管理规定建设部令第111号.