建筑连体结构施工技术（精选7篇）
建筑连体结构施工技术 篇1
连体结构是指除裙楼以外, 两个或两个以上塔楼之间带有连接体的结构。从连接体的强弱上看, 可分为强连接连体结构和弱连接连体结构两种。连体钢结构连接于两栋相邻的单体高层建筑或同一建筑不同部分之间, 作为高空通廊、屋面或者其他特殊功能区。连体钢结构的安装条件非常特殊, 通常位于高空, 下方完全悬空, 具有自重大、跨度大、安装标高高等特点。常规的大型活动式起重机无法满足安装高度需要, 而塔式起重机吊装能力又严重不足。如果采用传统的结构安装施工工艺, 会带来吊装过程稳定性差、高空安装精度保证难、高空作业量大、施工周期长等弊端。液压同步提升施工技术的出现解决了传统吊装办法中出现的问题。通过该项技术的使用, 可以将连体钢结构在地面 (或裙楼顶部) 散件拼装成整体, 一次吊装就位。某办公楼连体钢结构安装就是该项技术的一次成功应用。
一、工程概况
某办公楼其主楼结构形式为钢-钢筋混凝土混合结构。其主体结构之间存在两种连体钢结构, 第1种为平面钢结构井字梁, 共2层, 位于主体结构中庭D～G轴, 通过主梁的8个万向支座连接于主楼结构上, 主梁与次梁的截面均为工字形截面, 其中主梁截面尺寸为H1800×700×30×80, 平面尺寸为36.0m×31.5m, 钢梁顶面标高分别为主体结构3层15.600m和主体结构6层29.400m, 自重分别为217t和201t;第2种为空间钢结构桁架, 共两个, 分别位于B轴和J轴对应处, 每个钢桁架都由1榀主桁架、与周边主结构连接的次梁以及部分悬挑结构组成, 主桁架的立柱、弦杆、腹杆的截面均为工字形截面, 最大截面尺寸为H600×600×40×40, 跨度30m, 桁架上标高43.500m。为防止提升时结构重心偏心, 只提升主桁架部分, 待提升部分自重均为67t。
二、施工难点
1.高空安装构件截面大, 自重大 (主梁重13kN/m) , 受空间限制移动式起重机械无法作业, 塔式起重机起重能力远远不够。
2.作业空间小, 冬期施工难度大。利用已建主体结构搭建提升平台, 构造复杂。冬季环境低温给液压提升系统的正常运行带来考验。
3.精度要求高。钢桁架和井字钢梁的空中对接点分别为6个和8个, 提升同步控制和对接难度较大, 对安装精度控制要求较高。被提升结构在地面拼装时要精确定位, 保证千斤顶位置与钢结构提升吊点位置上下对应。
三、整体提升方案
1. 钢结构井字梁
工程待提升的巨型钢结构井字梁共有2层, 位于主体结构3层 (标高15.600m) 和6层 (标高29.850m) , 每个井字梁的主梁通过8个万向支座连接于主体结构上。根据现场实际情况, 设置4个提升点, 将主体结构7层处的混凝土悬挑梁作为提升平台, 每个提升点的悬挑梁上安放箱形截面钢梁, 然后将2个100t穿心式液压千斤顶支在上面, 每个千斤顶配4束фs15.24mm钢绞线, 钢绞线经钢梁中心所开圆孔, 连接于被提升井字梁外伸上翼缘处的防松工具锚上。具体提升步骤如下:
(1) 步骤1在主楼结构7层悬挑平台提升点对应位置处安装提升钢梁, 同时地面拼装6层被提升部分钢梁, 之后安装提升设备, 连接提升钢绞线; (2) 步骤2将6层钢梁提升至设计标高; (3) 步骤3对接6层钢梁8个支座, 焊接剩余次梁, 完毕后卸载。同时地面拼装3层被提升部分钢梁; (4) 步骤4将3层钢梁提升至设计标高后, 对接8个支座, 焊接剩余次梁, 完毕后卸载; (5) 步骤5拆除提升平台及设备, 钢梁安装完毕。
2. 钢结构桁架
本工程待提升钢桁架的提升方案确定为:设置2个提升点, 将临时焊接于主结构型钢柱上的箱形截面钢梁作为提升平台, 然后将1个100t穿心式液压千斤顶支在上面, 每个千斤顶配4束фs15.24mm钢绞线。钢绞线通过提升吊点工装, 连接于桁架结构中弦端部。只提升中心单榀桁架, 其他与主体结构相连的次梁及悬挑部分构件在空中拼装。具体提升步骤如下:
(1) 步骤1在主结构型钢柱标高41.200m位置处焊接钢牛腿, 同时地面拼装6层被提升部分钢梁;然后安装提升设备, 连接提升钢绞线;准备工作完成之后开始提升; (2) 步骤2将钢桁架提升至设计标高; (3) 步骤3对接钢桁架中弦和下弦牛腿, 焊接上弦构件及对应钢柱; (4) 步骤4所有构件焊接完毕, 进行质量验收, 合格后卸载, 拆除临时提升牛腿及设备。
四、整体提升核心技术问题
1. 提升点及提升力设计
对应钢结构井字梁正常使用状态, 在主梁端部对应处设置8个提升点更符合原结构的设计受力假定, 但工艺复杂、成本较高。因此在主楼结构7层悬挑平台处布设4个提升点。为计算各个支撑点的提升力, 对钢梁整体建立有限元模型, 在提升点的对应位置建立竖向约束。钢结构井字梁的自重及必要的施工荷载施加于钢梁整体有限元模型中, 通过计算得到各竖向支座反力, 即为施工过程中各提升点需要的提升力, 这不仅是选择千斤顶数量及规格的依据, 也是进行提升平台设计验算和提升地锚吊点设计的依据。对于本工程待提升的钢结构桁架, 在结构中弦两端各设置1个提升点, 计算内容与钢结构井字梁相同。
2. 提升支架设计
钢结构井字梁的提升平台由主体结构7层处的混凝土悬臂梁和安放于其上的箱形截面钢梁组成。提升平台不仅是提升千斤顶的工作平台, 也把千斤顶的荷载由钢梁、混凝土悬臂梁传递到主体结构上。混凝土悬臂梁经过强度、挠度及裂缝验算, 满足相关要求。对应集中力位置预埋钢板, 防止局部破坏。在混凝土梁下部增加临时钢管 (ф219mm, Q345) 斜撑, 增大安全系数。箱形截面钢梁通过有限元软件ANSYS验算, 最大等效应力100MPa, 满足设计要求。
3. 提升吊点设计
在提升过程中, 钢绞线的提升力是通过提升吊点工装传递给被提升结构, 提升吊点的构造一般较为复杂, 传力途径并不十分明确, 而且吊点附近结构应力分布也较复杂。因此, 对提升吊点建立有限元模型进行计算, 分析其应力分布情况。对于本工程待提升的钢结构井字梁, 将上翼缘外伸, 并开圆孔形成吊点, 同时增加两侧加劲肋, 保证提升力有效传递。
4. 提升过程控制参数
在结构整体提升过程中, 各提升点位移不可避免地存在不一致的情况, 相对位移的存在会引起提升力和结构内力的重新分配。要保证提升过程安全, 必须预先考虑如何将各提升点提升力和相对位移控制在允许范围之内。具体分析本工程待提升结构, 钢结构井字梁和钢桁架都属平面结构, 各点提升力对相对位移差不敏感, 因此只对相对位移进行控制, 建立各提升点间相互影响的刚度矩阵, 最终得出各提升点间的最大允许相对位移为20mm。
5. 提升应急预案
根据对提升方案各环节的情况分析, 针对可能出现的紧急状况, 除了在系统方案设计上采取相应安全防范保证措施外, 还制定了相应的应急预案。
(1) 通过试提升检验系统设计的可靠性试提升分5级加载, 提升至离地200mm后悬停12h, 在逐级加载及悬停过程中对支撑系统、提升系统和被提升结构等各种参数进行监测对比, 出现异常情况时可采取下放或支点处垫实卸载处理。
(2) 钢绞线断裂的应急措施发现钢绞线断裂, 立即通知控制台停止, 提升锁定全部油缸, 替换钢绞线, 从油缸穿至下部锚具, 重新张紧后继续提升。
(3) 提升不同步应急措施采用油缸行程和水准仪观测同步进行方式, 设高差预警值为16mm, 提升点间高差达到预警值后锁定, 调整行程偏差油缸至高差5mm以内后继续提升。
五、结语
通过系统细致的理论计算分析, 科学合理的施工方案制定, 确保了某办公楼连体钢结构整体提升施工安全顺利完成, 为其他类似工程积累了相关经验。
建筑连体结构施工技术 篇2
关键词：连体结构,转换层,监测,施工
随着社会经济的发展, 对新颖结构形式的需求与日俱增, 在高层建筑迅速发展的历程中, 出现了大量复杂体型的超高层建筑, 高空连体结构就为其中典型的一类。该类结构体系的特点是连体部位处于高空, 跨度大, 施工工艺较为复杂, 同时, 塔楼之间由于连体而形成较强的空间藕联作用, 其施工过程的分析模型、受力性能要比一般高层建筑结构复杂得多。
1 工程概况
某集合商业、办公、文化、娱乐、休闲等于一体的大厦主要分为东西双塔结构, 双塔设计高度为155 m, 相距约15米多, 双塔在第30~33层 (约110 m) 处通过大型型钢混凝土转换梁结构将双塔连接成为一体, 转换层下设悬挂结构, 其余各层位于悬挂层之上。设计期间, 通过多方的考虑, 最终将设计方案确定为采用型钢混凝土结构进行施工。
该工程的连体结构具有如下特点:连体位置较高, 最低处约110 m;跨度适中, 约15 m;层数不是很多, 从30~33层, 约18 m。
2 连体结构施工工艺分析
2.1 转换层型钢主梁安装
2.1.1 安装方案
现场塔吊的能力, 安装就位高度约为110 m, 大型吊车的起重能力也不能满足要求。当双塔主体施工高度均已经超过转换层时, 可以在工作面上各架设一台桅杆式起重机, 并采用双机抬吊的方法将钢筋主梁由裙房屋面吊运至设计位置就位。四层连体结构均为型钢混凝土结构, 在双塔主体施工时需要预留与连体结构相连接的钢牛腿, 同时可以利用转换层上端相应位置的钢牛腿悬挂滑车组, 将钢主梁逐根提升至设计位置, 此方案无需大型起重设备和专用设备, 完全利用了结构物本身的构件和小型的通用设备完成四根钢主梁的高空安装, 也不会影响双塔主体结构的继续正常施工进度, 能够较好的实现施工安全与进度的协调统一。
2.1.2 提升与安装
转换层设置四根钢主梁, 这四根钢主梁均为在预制场预制完成, 而且焊缝经过超声波探伤仪探测后符合设计和规范要求, 后用大型车辆运至现场。在裙房屋面安装两台桅杆式起重机, 并将四根钢主梁从地面运至裙楼屋面, 并在屋面搭设临时滑移平台, 用卷扬机和滑车组构成的水平动力系统将钢主梁逐根平移到提升需要的相应高度位置, 并垂直放置固定。
在连体结构的第二层钢牛腿的吊环上悬挂静滑车组, 在钢主梁两端吊环上安装动滑车组, 从放置在裙房屋面的卷扬机引出钢丝绳, 将两套滑车组按照动静滑轮组合进行连接。首先在钢主梁提升之前需要进行试吊。第一次提升高度为0.5 m, 第二次提升0.5 m, 当所有设备性能完全满足安全使用要求后, 方可进行正式提升。两台卷扬机同时启动, 两秒钟后启动另外两台卷扬机, 提升过程中要求钢主梁保持水平状态, 如果发现出现误差, 需要及时进行调整提升速度来调节, 使得钢主梁保持水平状态。
转换层型钢主梁与钢柱牛腿均采用电焊连接, 接头处开坡口, 焊接部位质量达到与母材等强, 加工时钢主梁腹板与钢柱牛腿腹板端头设置Φ24安装孔, 安装之前需要在钢主梁两端上翼缘上临时焊接两片25 mm厚的定位板, 安装时定位板挂在牛腿上缘板上, 保证了梁与牛腿上缘平齐, 然后装上腹板处临时连接板, 并锁紧安装螺栓进行松吊, 然后对下一钢主梁进行吊装。
2.2 钢筋混凝土施工
由于先扎钢筋后立模板, 扎钢筋时, 钢筋下部无着落点, 且梁截面高度大, 梁内钢骨截面尺寸大, 钢筋规格大, 型钢钢梁和型钢钢柱及钢筋相互穿插布置, 密集交错, 梁柱节点复杂, 钢筋穿筋和绑扎施工困难, 施工难度大。为便于转换梁钢筋的绑扎, 采用在型钢钢梁上部翼板面每隔2000 mm焊接Φ32 mm的短钢筋, 用于搁置梁面主筋, 对于穿过钢柱腹板的Φ32 mm和Φ28 mm钢筋, 钢柱在加工厂制作时即将钢柱腹板进行定位钻孔, 现场绑扎梁筋时, 将穿过钢柱腹板的主筋配成按规范要求错开接头位置的短钢筋, 然后和钢柱腹板两头的主筋采用套筒冷挤压方法进行连接。
本工程转换层混凝土采用C40级混凝土, 总量约600 m3, 由于转换层梁柱型钢截面大且钢骨和钢筋分布密集, 钢筋与钢筋之间、型钢梁柱与钢筋之间空隙均较小, 振动棒无法插入, 混凝土施工极为困难, 施工质量也很难保证, 对此采用外部振捣的方法进行、外部用小振捣棒振动钢管, 带动模板面振动, 将钢筋及钢骨中的气泡排出, 同时用小铁锤人工敲击梁侧和梁底模板, 对出现空鼓声处加强振捣, 使混凝土自行流淌填充, 直至混凝土密实为止。混凝土初凝后即浇水养护, 养护期14 d。
为减少和避免水化热造成的混凝土裂缝, 采用掺入高效减水剂、磨细矿渣和粉煤灰三掺技术。采用FDN-800缓凝高效减水剂, 大幅度地减少每立方混凝土用水量, 从而达到减少水泥用量, 减少水化热, 降低水化温峰;同时利用外加剂中的缓凝组份使混凝土的凝结时间适当延长 (达到10~12 h) , 推迟混凝土温峰出现的时间, 减少由于温差而造成的应力收缩裂缝, 利用掺合料在混凝土中具有形态效应、活性效应、微集料效应三方面的综合作用, 改善和提高新拌混凝土和硬化混凝土性能, 提高了后期强度, 提高混凝土的耐久性, 磨细矿渣、粉煤灰二者复合具有优异的和易性, 有流动性保水性好、沁水少、可泵性好、坍落度损小等特点, 保证了超高层连体结构的混凝土泵送施工。该连体结构全面封顶时, 转换层混凝土浇筑密实, 拆模至今无任何裂缝, 混凝土质量经检测满足设计和规范要求。
3 现场施工监测
为保证连体结构施工过程中转换大梁的施工安全, 结合该工程结构特点和施工工序, 应用有限元结构分析软件ANSYS对连体结构安装转换层钢骨梁及避难层钢柱和钢梁、浇筑避难层混凝土、浇筑转换层混凝土和浇筑以3~7层混凝土4种不同工况进行模拟计算, 并根据计算结果对连体结构的施工全过程进行现场跟踪监测, 对型钢混凝土转换梁的应力、应变实行实时监控, 建立预警机制, 确保了连体结构施工安全和施工质量。
转换层钢骨梁应力是通过在钢骨上下翼缘安装弦式数码应变计, 读取测试数据, 经过换算得出相应部位的应力状态, 进而推算相应截面直至整个结构体系的受力情况, 共设置10个测试点。梁的最大挠度测试是在4根钢骨大梁的顶面相应位置预埋基准点, 随施工程序跟踪其位移相对变化。
现场监测自转换层钢骨梁及避难层钢柱和钢梁安装完成至连体结构主体竣工。从施工监测结果看出:各钢骨梁的跨中应力和变形总体呈上升趋势;避难层混凝土的浇筑对钢骨的跨中应力和变形影响较小;转换层混凝土的浇筑前后钢骨梁的跨中应力变化幅度最大, 之后, 随着连体结构的逐层施工, 应力也逐渐增加;连体结构的第7层浇筑完毕后, 此时转换层及连体三层楼面的模板支撑已拆除, 引起结构中的内力重新分配, 钢骨跨中应力开始呈下降趋势;相邻工况之间钢骨跨中应力呈下降趋势;中间转换梁钢骨跨中应力较大, 两侧的转换梁钢骨跨中应力较小;钢骨跨中应力最大值达62 MPa, 跨中最大变形为14 mm。
4 结语
连体结构转换层是超高层建筑中重要的结构部位, 结构设计、施工都比较复杂, 设计与施工单位应当充分协调。对型钢混凝土转换梁的应力、应变实行实时监控, 建立预警机制, 确保了连体结构施工安全和施工质量, 解决了超高层建筑高空大型连体结构的施工难题, 为类似工程施工提供借鉴。
参考文献
[1]上海市建设和管理委员会科学技术委员会编.上海高层超高层建筑设计与施工[M].上海:上海科学普及出版社, 2003.
[2]邹汇源.高层建筑结构转换层施工技术[J].山西建筑, 2005 (7) .
[3]武雷.高层连体结构变形调控施工技术研究[M].南京:东南大学, 2005.
对高层建筑连体结构抗震设计分析 篇3
关键词：高层建筑,连体结构,设计原则,抗震措施
前言
高层建筑连体结构通过在不同建筑塔楼间设置连接体使其成为一个整体, 连体建筑的外形独特, 具有强烈的视觉效果, 是一种新型的结构形式, 它使得建筑型体更加美观和不拘一格。连接体连接的两端塔楼往往在刚度上有所差异, 且连接体与两端的连接方式的不同对整个连体结构都有影响, 这就导致整个连体结构的刚度分布不均, 因此在受力上比一般的多塔结构更为复杂。而这些也是高层建筑连体结构设计中最为关注的问题。
1 连体结构设计原则
1.1 计算分析及结构选型
高层建筑连体结构作为复杂体型的高层建筑, 它的计算应严格按照《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ3-2002) 规定进行。根据我们国家抗震设防的要求, 应做到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计原则。采用弹塑性静力或动力计算时, 应确保结构在罕遇地震下满足“大震不倒”。在建筑体型上表现为各独立部分宜有相同或相近的体型、平面和刚度, 当两端高层塔楼的高度和刚度相差较大, 且抗震设防烈度为7度、8度时, 不宜简单采用强连接方式。在杆件连接上表现为“强节点弱杆件”, 确保节点部分始终处于弹性阶段, 这就要求弹塑性变形集中在连接体杆件内部, 当杆件刚度较大时, 应削弱连接体内部杆件的部分区段, 并使得杆件具有足够的变形能力和耗能能力, 从而保证连体部分的节点安全。
除此以外, 考虑到建筑物自身对地震反应的影响, 可通过减轻连接体结构自身结构重量来减小对地震的反应, 如采用钢结构;也可通过增加连体本身的刚度如采用空间钢桁架体系提高其整体变形协调能力。
2 连接楼体的结构方案的设定
2.1 结构方案的确定
高层建筑连体结构的方案设计应该尽量规则对称, 这样能够有效减少整体受力结构的凸点, 防止造成由点破面的情况出现。高层建筑的抗震概念设计需要考虑多个因素, 包括抗震设计楼层的高度、层数、施工技术和材料以及建筑本身的功能需求等, 从而制定出概念设计的方案。高层结构的抗震需要多重设防, 从节点到构件, 从构件到整个框架, 如选择延展性较好的构件或想办法减轻楼体的重量, 最终需要使整个大楼的抗震能力加强, 对地震的反应具有较强的抵抗力和稳定性, 减小建筑物在地震中的损伤程度。
2.2 楼体性能上的确定
由于高层建筑连体结构自身的功能要求, 一般需要较大的使用空间, 又需要有较大的抗水平力刚度, 而框架结构和剪力墙结构只能满足其某个要求, 因此考虑到房屋使用高度和高宽比要求, 采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构比较适合。按照《高层建筑混凝土结构技术规程》要求, 框架—剪力墙的结构布置应设计成双向的抗侧力体系, 并尽量使两侧刚度相近, 因此剪力墙应均匀地布置在建筑物的周边, 且应贯通建筑物的全高, 并沿建筑高度逐渐减薄, 避免刚度突变。在框架—剪力墙结构中, 剪力墙的数量应布置适中。若剪力墙布置数量过少, 剪力墙发挥不了抗侧作用, 而框架承担了大部分的水平作用, 这对结构是极为不利的;若剪力墙布置过多, 则会使整个结构的刚度加大, 同时整个结构对地震的反应也会加大, 这对结构的抗震也是不利的, 也是不经济的。
2.3 连接体结构方案的拟定
高层连体结构的建筑中心即为连接体, 连接体将两个具有各自刚度的建筑连成整体, 当两个建筑结构整体对称时, 从受力上讲, 连接体的存在对于楼体不会造成根本上的改变, 连接体对于整个结构的影响很小;当两个建筑结构不对称时, 由于连接体的存在, 会根据各个建筑物的刚度将力重新分配协调, 使得刚度大的楼体受力变小, 刚度小的受力则变大, 在整体的结构性能上也是如此, 因此接连体对于整体的受力和机构上的影响非常大。结构的不对称不仅来自于设计上的不对称, 即使设计完全对称了, 也还是会有很多因素改变它的对称性, 如施工技术、材料、地震振动方向的改变等等。因此在设计中应考虑偶然偏心对建筑物结构的影响。
3 结构抗震的加强措施
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》的要求, 考虑到地震因素的不可计算性和抗震设防要求, 要对整个结构中相对薄弱的部位进行加固。
3.1 塔楼的薄弱部位加固设计
直接与连接体相连的梁并延伸一跨, 将其抗震等级提高一级考虑, 将与连接体直接相连的柱提高一级抗震等级, 并采用钢骨混凝土延伸至顶层, 控制轴压比使其满足规范要求。而连接体的钢梁应伸入塔楼并延伸至第二跨, 如有剪力墙, 则应与剪力墙相连, 没有剪力墙的地方与柱相连。为保证地震时连接体与塔楼的连接稳固, 连接体与墙或柱的锚固要加强。与连接体相连的第二跨的梁端加强抗剪和抗弯的设计;整个楼体的薄弱层加固措施为, 柱箍筋全高加密、箍筋直径加粗, 剪力墙的水平钢筋也适当加强。并且这些层混凝土强度等级不改变;对于结构一般的层柱和墙的配筋, 不在这些层改变混凝土强度等级;对于楼板的厚度加强则在第三层和连接体层, 用150mm厚钢筋混凝土楼板, 双层双向配筋。每层每一方向的配筋率不小于0.30%。
3.2 采用隔震加固法
楼体结构是和地震作用存在着相互作用关系的, 当整体结构周期延长时, 刚度相当于变弱, 这样对于地震的抵抗能力就减弱了。在现在的建筑施工中面对这样的情况, 主要采取的手段就是将周期进行延长作为目标进行加固防震技术, 在这中间最具有代表性的就是铅芯橡胶隔震, 这个方法主要是充分的发挥了铅芯和橡胶高阻尼值和水平表型较大, 并且能够吸收大量震动能量的特点。这样在地震中就可以很好的将地基部分与上层部位有效的隔离开, 使震动能量大量的被吸收, 这样将会使楼体整体的受力相对减弱, 使得上下结构的稳定性得到了加强, 从而在整体上实现了建筑物抗震性能的提升。
3.3 消能减震加固法
结构阻尼与地震作用为反比关系, 因此在工程实践中, 增加结构阻尼可以减小地震反应, 这主要是在结构变形较大的部位设置阻尼器通过消能减震方法来实现。阻尼器使整个建筑结构的阻尼加大, 消耗地震震动能量, 降低了建筑结构在水平、竖直两个方向的地震作用, 利用阻尼器来控制结构在地震作用下的预期变形, 确保建筑物在罕遇地震作用下不出现严重的破坏。
3.4 外加构件法
外加构件法是通过在原建筑结构构件外部增设构件来加强结构抗震承载力和变形能力。外加构件包括构造柱、圈梁、墙体、柱子等。对建筑物中承载力和变形能力不足的构件采用该方法进行加强时应该重点关注新增加的构件对加固后结构整体抗震性能的影响。
4 结束语
无论从构造上还是受力上来说, 高层连体结构都是较为复杂的结构体系, 这就要求我们严格按照规范要求, 考虑多少因素, 制定结构方案包括连接体的方案。计算时考虑弹性、弹塑性分析并采用多种计算模型, 分析对比其结果。加强高层建筑连体结构的概念性设计, 从整体结构上对构造措施进行调整, 采用有效的方法对薄弱部位进行加强, 使结构的整体抗震性能得到提升, 满足建筑的使用要求及抗震设防要求。
参考文献
[1]JGJ3-2002, 高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[2]任旭.高层建筑连体结构设计探讨.工业建筑, 2006, S1.
[3]娄荣, 陈威文等.大跨度高位连体结构抗震设计[J].建筑结构, 2012.
[4]江晓峰, 周健等.弱连体结构抗震设计方法在虹桥综合交通枢纽工程中的应用[J].建筑结构学报, 2010.
建筑连体结构施工技术 篇4
1 建筑连体结构的设计原则
在《高层建筑混凝土结构技术规程》中, 对于结构较为复杂的建筑物的设计计算, 做出了以下的规定:1) 对于薄弱层的弹塑性的变形应该采用动力分析法或者弹塑性静力方法来进行验算;2) 在需要进行补充计算的地方, 适宜采用弹性时程分析法来进行计算;3) 在进行连体建筑物的抗震计算时, 要充分的考虑到平扭耦联计算结构中的扭转效应, 连体建筑物的振型数应该大于等于十五, 如果是进行多个楼体的结构的振型数的计算, 振型数应该大于等于楼体数量的九倍, 在计算建筑物的振型数时, 建筑物振型的参与质量应该占到总质量的90%以上;4) 在计算建筑物的整体的内力位移时, 为了计算结果的准确性, 计算的过程中, 应该采用两个以上的不同的三维空间软件来进行计算, 对于连体结构的建筑物来说, 两端的连接部位受力较为复杂, 对其进行计算时, 可以采用有限元模型来进行楼体的整体建模分析。
在建筑物连体结构设计时, 尤其是高层建筑物的连体结构, 所有参与到连体的建筑物的刚度、平面、体型等参数应该是相同或者相近的, 有的连体建筑物在设计时需要具有较大的抗震强度, 如果要在刚度及层数相差较大的建筑物之间设计连体结构, 需要对其进行动力分析及弹塑性静力分析, 以此来使其抗震强度能够达到相关的设计要求, 在进行连体建筑物的抗震设计时, 另一设计要点是, 要保证连接点处的安全性、可靠性, 主要的设计原则是:“强节点, 弱杆件”, 使连接节点处能够始终保持于弹性阶段, 而将连接体内部杆件的部分进行适当的消弱, 使杆件具有足够的耗能能力及变形能力。
建筑连体结构的抗震设计中, 所要坚持的最基本的设计原则可以概括为:“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”, 对于连体结构的建筑物的设计材料的选择应该坚持的最基本的原则是, 尽可能的减轻连接体结构自身的重量, 优先选用的材料是钢结构。
2 建筑连体结构抗震设计方案的选择
2.1 建筑连体结构整体结构方案的选择
在进行建筑连体结构的抗震设计时, 首先要进行的是整体的连体结构的方案的确定, 在进行整体方案的设计的过程中, 需要全面的了解建筑连体结构的抗震要求、连体建筑物的建筑材料、连体建筑物的楼层数、连体建筑物的楼层高度、连体建筑物的施工技术等各方面的参数, 对这些因素进行综合的分析, 选择最为合理的方案, 对于楼层较高的建筑物来说, 要设计建筑物的连体结构, 为了保证连体建筑物的抗震性能, 需要采取多个加强抗震性能的措施, 并且要对整个建筑物的抗震性能进行验证, 为了防止在连体建筑物中出现点破面的情况, 需要减少连体建筑物中整体的受力结构的凸点, 因此在进行楼梯的设计时, 一般情况下会采用规则对称的设计, 为了使连体建筑物的构件在地震中能够保持结构的稳定性, 需要选择延展性能良好的连体构件, 另一方面, 在保证楼梯的使用性能及建筑质量的情况, 使楼梯的重量尽量的减轻, 能够使楼体在地震中的损伤程度得到有效的降低。
2.2 建筑连体结构性能的确定
在高层建筑物的设计建造过程中, 一种抗震性能较好的建筑结构体系是钢筋混凝土框架-剪力墙结构, 该结构体系是由剪力墙与框架两部分共同组成, 该体系具有诸多的优点, 如使用该体系能够为建筑物提供一个比较大的使用空间, 在住宅的建设、商场的建设、办公场所的建设中都非常的适合, 并且该种结构的抗水平力刚度是比较大的, 在设计的过程中要注意工程的使用功能、高度、层数等要求, 进行合理的设计。
在实际的工程设计中, 框架-剪力墙结构中, 大部分的水平作用产生的剪力应该由剪力墙承担, 这就要求在设计的过程中, 剪力墙的数量要足够, 但是为了保证设计的经济合理性, 剪力墙的数量也不能过多, 一般情况下框架-剪力墙结构在设计的过程中将其设计成双向抗侧力体系的结构布置, 在建筑物的荷载较大的部位、平面形状变化的部位以及其他周边部位, 剪力墙应该是均匀的分布。
2.3 建筑连体结构连接体结构方案的确定
建筑连体结构的中心是连接体, 站在整体堆成结构的角度来看, 连接体对于楼体的受力以及楼体整体的影响是非常的小的, 而对于非对称结构的建筑物来说, 连接体对于整体的建筑连体结构的影响是非常的大的, 但是在实际的工程建设的过程中, 很难保证建筑物的完全对称性, 这是因为, 在建设的过程中, 即使做到了建筑物结构上的对称, 但是建筑物的载荷及工程材料很难保持良好的对称性, 另一方面, 一旦发生地震, 地震的振动方向是不确定的, 并且时刻都在发生变化, 这也会导致连体建筑物的不对称, 在进行建筑物的连体结构的连接体设计时, 需要将这些影响因素都考虑在内, 对于刚度不同的建筑物来说, 设置连接体会使刚度较小的建筑物的受力变大, 同样, 会使刚度较大的建筑物的受力变小, 这种性能特点也体现在建筑物的整体性能上。
3 加强建筑连体结构抗震性能的设计思路
在进行建筑连体结构的抗震设计时, 要能够满足相关的设计原则及设计要求, 在实际的应用过程中, 往往存在一定的困难, 因为地震的发生具有一定的随机性及不可计算性, 这就要求在进行抗震设计时, 要选择正确的设计理念, 坚持设计原则, 对于连体结构中相对薄弱的环节, 采取适当的措施进行加固, 下面介绍几种加固设计的设计方法。
3.1 连体建筑物抗震设计中的外加构件法
该种方法的主要原理是在建筑物自身的构件之外在增加适当的外部构件, 来提高建筑物的抗震性能, 采用这种方法时, 尤其需要注意新增的外部构件对建筑物整体的抗震性能的影响, 目前较为常用的方法有增设门窗加固、增设支撑加固、增设支托加固、增设拉杆加固、增设墙体加固等。
3.2 连体建筑物抗震设计中的减震加固法
在工程设计中, 抗震设计的原理是, 地震的作用与建筑结构中的阻尼值是成反比, 因此增加建筑物的抗震性能, 可以采用增加建筑物的结构阻尼值的方式来进行, 将阻尼器设置在建筑物的结构变形较大的部位, 能够成功的实现建筑物的消能减震, 同时可以利用阻尼器来对建筑物在地震作用下的预期变形进行控制, 防止建筑物在强震下不会出现特别严重的破坏。
3.3 连体建筑物抗震设计中的隔震加固法
连体结构的建筑物的抗震性能, 相互之间有一定的作用, 当建筑物的整体结构的周期得到延长, 建筑物整体的刚度就会适当的减弱, 这会在一定程度上降低建筑物整体的抗震性能, 针对此种情况主要的加固方法是进行隔震加固, 这种加固方法的典型代表是铅芯橡胶隔震, 这种材料主要的优点是水平表型较大, 并且具有较好的阻尼值, 能够很好的吸收震动能量, 在地震中, 能够将地基的振动与上层的建筑物隔离开来, 从而有效的增强了建筑物的稳定性能, 使连体建筑物的抗震性能得到提升。
3.4 连体建筑物抗震设计中的楼体薄弱部位加固设计
在连体建筑物的抗震设计中, 需要对楼体的薄弱部位进行加固设计, 如在连体结构中与连接体直接相连的柱应该采用钢骨混凝土材料, 对柱的轴压比进行很好的控制, 连接体中的钢梁应该能够深入到楼体的第二跨度中, 最终与剪力墙相连, 如果所进入的地方没有剪力墙, 应该与楼体的柱相连, 为了避免地震时造成连接体的脱落, 应该加强连接体与剪力墙及框架柱的锚固, 应该加强与连接体相连的梁端的抗弯、抗剪的设计, 对整个楼体的薄弱层的钢筋都应该适当的加粗、加强, 一般结构的层柱的混凝土的强度等级不予变化, 每一楼层的每个方向的配筋率应该大于等于0.3%。
4 结论
在进行建筑连体结构的抗震设计时, 应该注重各种先进的抗震设计思路的研究, 在保证建筑物的使用质量及稳定性的同时, 尽可能的增加建筑连体结构的抗震性能, 但是任何的抗震设计都应该遵循科学性、合理性, 保证建筑物的建造安全。
参考文献
[1]赵晨光.关于建筑连体结构的抗震设计浅析[J].黑龙江科技信息, 2013 (22) .
高层连体结构变形施工技术研究 篇5
1 高层连体结构的常见结构形式及其组成
一般情况下, 高层连体结构一般由塔楼和连体构成。
1.1 塔楼
高层连体结构的主要部分是塔楼, 它所采用的结构形式同单体建筑结构的结构形式没有显著区别, 基本上是框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构、框筒结构、筒体结构等。塔楼之间的对称与否、非对称程度、单体相对刚度对结构性能影响较大。
1.2 连体
连体跨越于两塔楼之间, 形式上看有点类似于桥梁。从静力的角度分析, 桥梁和连体都以承受竖向荷载或水平向风载为主, 但从动力的角度分析, 桥梁主要承受车辆运行所引起的振动或冲击作用, 而连体则主要承受由塔楼传递过来的两端部的振动作用。
1.3 连体与塔楼的连接形式
主要有三种:a.连接体两端与塔楼为刚性连接;b.连接体一端与塔楼为滑移连接, 另一端为刚性连接;c.连接体两端与塔楼铰接。连体刚度、连体两端的连接处理方式、连体的设置位置对结构性能影响较大。
2 高层连体结构的特点及变形因素研究高层连体结构体系并不是简单的多质点
度加强, 振型更加复杂, 偏心结构的特征更加明显, 扭转振型更加丰富, 并且低阶振型就开始出现耦合振型。
2.2 连体刚度影响
连体结构在设置连体后, 塔楼在连接楼层处的刚度发生变化, 当连体刚度较大时, 此处刚度的突变明显, 受力较为复杂。研究表明:当连体相对刚度较小时, 可以把双塔连体结构简化为双塔结构计算, 计算内力误差不是很大;当连体相对刚度较大时, 把塔楼连接楼层连同连体一起当作一刚性楼层, 计算误差也很小。对于非对称结构, 减小连接体刚度会使高塔的位移响应减小而低塔的位移响应增大;增大连接体刚度会使低塔的位移响应减小而高塔的位移响应增大。
2.3 对称性影响
研究人员通过计算分析指出:对于结构和连廊都对称的结构, 振型也具有对称性, 不是对称的, 就是反对称的, 这种振型在结构地震反应的计算中对结构是有利的;当双塔高低不同, 结构不对称时, 其振型也不具备对称性;与相同尺寸的等高双塔相比, 不等高双塔高塔部分的地震反应加重, 低塔部分的反应相应减小。
2.4 抗风分析
对风力的抵抗, 连体刚度越强, 结构的风振系数越小;两塔之间存在最优的连接阻尼使塔楼的风振系数最小;连体刚度增大使两塔楼的平动加速度略微减小。
2.5 结构控制研究
研究人员对连体结构讨论了不同的动力分析方法, 分析经典阻尼与非经典阻尼的不同假定, 指出连体结构根据连体的不同连接方式
(上接191页) 受偿权。应采用不同的计算方法;同时对有阻尼器的连体部分进行了地脉动下的振动实测, 识别连体频率, 应用半功率法求解了连体的阻尼比。
3 变形调控技术研究
通过以上分析, 我们得知, 影响高层连体结构发生变形的主要因素有:地震响应, 连体刚度, 是否对称, 是否抗风等。对此, 我们将提出以下措施, 来减小高层连体结构发生变形的几率。
3.1 连体结构连接体部分的材料应首选钢材。因为, 钢结构广泛适用于高层、超高层建筑。
3.2 对于复杂高层应当用多个程序进行分析, 同时还需要对计算结果进行人工判断。
3.3 对于平面及竖向均不规则的复杂高
层, 应注意结构竖向构件特别是剪力墙的布置方式, 使整体结构的刚度中心与质量中心靠近, 以减小整体结构的发生变形。
3.4 应采用提高连体部分桁架的刚度, 以及增设连廊水平支撑等方法以此来减小扭转周期。
3.5 连接体结构与两侧塔楼的支座连接是
连体结构建设的关键问题。宜采用强连接形式, 结构计算与设计时要充分考虑其受力与构造, 真正做到使其连为整体, 完全协调受力。
结束语
带有连体结构的高层建筑由于结构体系复杂, 受力分析一般比较困难, 再加上其他因素, 增加了连体结构发生变形的可能性。因此, 加大对高层建筑连体结构的研究分析, 必将有益于我国高层建筑的发展。
在施工中和竣工验收时, 均应及时办理质量验收
摘要：近年来, 随着投资规模的扩大和对地下空间利用的日益提高, 各种不同功能综合在一起形成的多功能高层建筑大量出现。在重点论述高层连体结构的特点及影响其发生变形的因素的基础上, 提出几点调控连体结构发生变形的具体的施工技术方法和要求。
建筑连体结构施工技术 篇6
连体结构是由两个或多个塔楼通过连接体连接而成的一种新型结构型式。该类结构已广泛应用于实际工程之中,而针对该类结构的已有研究成果却难以紧跟时代建设的步伐。对称双塔连体结构作为其中最具有代表性的一种结构型式,对其动力特性的研究具有现实指导意义。在已有的研究工作基础上,变换对称双塔连体结构的连体连接方式,分析并比较不同连接方式下的该类结构的动力特性,为该类结构的分析与设计应用提供参考。
1对称双塔连体结构算例及反应谱分析方法
1.1对称双塔连体结构计算模型的建立
采用以下对称双塔连体结构算例进行反应谱分析:10层框架结构,7度,Ⅱ类土,抗震等级为三级,层高4 m,柱网尺寸为9 m×9 m,在第8层设置连体。
使用新一代结构分析设计系统MIDAS Building对该算例进行建模分析,图1为该结构三维模型。由于连体结构的各层楼面楼板不连续或凹凸不规则,故计算中的楼板类型采用弹性膜假定,即考虑楼板平面内刚度,而忽略楼板平面外刚度。
该结构各层各构件的混凝土强度等级均采用C30,钢筋级别采用HRB400。
1.2 对称双塔连体结构反应谱分析方法
对该结构进行反应谱分析,动力平衡方程如下:
式(1)中:M—质量矩阵;C—阻尼矩阵;K—刚度矩阵;r—基底加速度向量;
采用CQC法对各振型的结果进行组合:
0≤ρij≤1, ρij=1(i=j) (2)
式(2)中:Rmax—最终效应结果;Ri—第i振型的谱值;rij—对第i振型的第j振型的特征值比值;ωi、ωj—第i、j振型的特征值;ξi、ξj—第i、j振型的阻尼比;ρij—第i、j振型间的耦联系数。
2 刚接时对称双塔连体结构振型分析
在连体两端采用刚性连接时,对该结构进行反应谱分析后,其前十阶振型如图2所示。
通过对图2各阶振型的分析,可以观察出对称双塔连体结构具有以下动力特性:
(1) 对称或反对称的振动形式存在于对称双塔连体结构的各阶振型中。
(2) 在第一至三阶振型中,整体结构呈规则的平平扭振动。这与普通对称规则结构乃至对称双塔结构的振动形式一致。
(3) 从第四阶振型开始,两塔楼的振动形式已有别于普通的对称双塔结构。连体的存在使该结构的平扭耦联作用增强,故应采用CQC法对该结构进行反应谱分析。
3 不同连接方式的对称双塔连体结构自振周期分析
变换连体连接方式,对不同连接方式下的对称双塔连体结构自振周期进行分析,如表2和图3所示。
由表2和图3可见:
(1) 随着连体与两塔楼连接方式的减弱,结构的各阶自振周期逐渐加大,结构整体刚度减小。
(2) 无论连体连接方式如何变化,结构的各阶自振周期变化均有限(5%以内)。在连体设置高度和相对刚度保持不变时,对于该类结构的整体结构设计可以采用其中一种连接方式进行分析。
(3) 通过对连体连接与无连体连接的自振周期的对比,可知连体的存在与否对结构的自振周期具有明显的影响。作为扭转振型的第三阶和第六阶振型,连体的介入使得结构的自振周期产生较大变化(分别达14.76%和19.06%)。这说明连体使结构的扭转作用加强,作整体结构的动力特性分析时不可忽略连体的作用。
4 结论
(1) 对于对称双塔连体结构,其低阶振型仍与普通的对称双塔结构的振动形式保持一致,呈规则的对称或反对称振动。
(2) 连体的存在使双塔连体结构的平扭耦联作用增强,在对该类结构进行反应谱分析与结构设计时应采用CQC法而非SRSS法。
(3) 连体连接方式的减弱使整体结构自振周期加大,结构变柔。但对于一定的连体设置高度和相对刚度而言,结构的自振周期变化幅度有限。在整体结构设计中可采用其中一种连接方式进行分析与设计。
(4) 连体的设置使原结构的扭转刚度产生较大变化。连体使结构的扭转耦联程度加大,对整体结构进行动力特性分析时必须考虑连体对原结构的影响。
参考文献
[1] GB 50011—2010,建筑抗震设计规范.2010
[2]刘晶波,李征宇,石萌,等.大跨高层连接体建筑结构动力分析.建筑结构学报,2004;25(1):45—52
[3]黄坤耀.双塔连体结构的静力、抗震和抗风分析.杭州:浙江大学博士学位论文.2001
连体高层结构动力分析 篇7
1 多塔楼结构分析模型
常用的连体结构分析模型主要有4种:串并联质点模型、串并联刚片模型、分段连续化模型和三维空间分析模型[1]。
串并联质点模型适用于平面较为规则、双轴对称的塔楼结构,仅考虑两个正交水平方向上的自由度,不考虑结构的扭转自由度,采用串并联质点模型,此时每层质量集中为一点,每层位移只考虑X,Y两个平动分量。
当考虑高层结构平扭耦联振动时,可采用串联刚片模型。每层看成一刚片;每层质量集中在刚片上,形成串并联刚片系层模型。该模型中,每个刚片具有三个自由度、两个正交的水平位移X,Y和转动角位移θ。本模型适用于对称连体结构、不对称连体结构在双向地震作用和单轴对称连体结构在非对称方向地震作用的情况。
由包世华和王建东等提出的基于解析法的分段连续化的串并联模型把塔楼看成竖直的悬臂连续梁,连廊看成是平放的深梁,考虑弯曲、剪切和轴向变形的影响。在不考虑楼板刚度时此种方法使结构的计算得到简化,但精度和通用性相对于有限元较差。
三维空间分析模型可以不考虑刚性楼板假定,按三维空间模型对高层进行分析。该模型可以反映所有单元的全部自由度影响。这种模型计算量最大,误差最小。
2 多塔楼结构的水平地震分析
文献[2]采用串联刚片模型,通过对带有对称大地盘双塔结构的高层建筑结构动力特性的分析研究,证明在地震作用下这类结构存在五种基本的振动形式,反对称振型的水平地震参与系数为0,对结构位移、内力没有贡献。文献[3]用串联质点模型分析大地盘多塔结构,对称和不对称分析双塔结构振型特征,对称双塔结构与文献[2]一致。当双塔不对称时,文献[2][4]和[5]的分析表明塔楼与裙房转换处为薄弱层,且在设置连体后,塔楼在连接楼层处的刚度发生了变化,当连体的刚度较大时,此处刚度的突变较为明显,受力较为复杂。
对于双塔连体结构,由于连廊的刚度相对塔楼刚度小,因此在分析时应考虑连廊的弹性变形。文献[6]中塔楼采用质点串联模型,连接各塔楼的连廊按照弹性楼板考虑,分析单塔楼大底盘结构的底盘刚度、高度、承载力等因素对结构地震反应的影响,分析对比了大底盘多塔楼结构与单塔楼结构地震反应的区别。包世华,王建东[7,8,9]采用分段连续化方法,分析了连体结构的动力特性。
连体结构振型复杂,高阶振型影响可能很大,如何确定计算地震作用时考虑振型的数量,文献[10]提出了确定连体结构抗震分析选取振型阶数的方法。文献[11]针对复杂结构的各阶模态在地震反应中贡献悬殊,提出了基于模态参与因子的模态分析方法,以便于分析结构的动力特性和采用反应谱方法时结构反应的分析计算。
3 连体结构竖向地震分析
震害分析表明连廊在竖向地震作用下可能发生严重破坏[12]。文献[13]考虑连体结构在竖向地震作用下的计算,并把多条地震波弹性时程计算结果的平均值进行分析比较。作者总结结论:随着桁架与塔楼频率比的增加,连体地震作用的放大效应越明显;当连体与塔楼质量比较小且两者频率相近时,连体地震反应进一步加强。现行抗震规范的重力系数法对于文中研究结构并不完全适用。文献[14]对某连体结构的连廊在竖向地震作用下作了分析,得出连廊受竖向地震作用影响并不大。
4 弹塑性时程分析和地震波入射方向对结构的影响
连体结构在多数情况下是平面不规则的,引起结构质量、刚度和强度中心相互偏离导致结构在地震作用下产生扭转耦联,对结构抗震非常不利。
文献[16]分析了计算双向地震与单向地震的差别。有一些研究者通过改变单层结构抗侧力构件、质量、刚度和强度分布,研究发现按照规范中条文可能低估这些平面不规则结构地震反应如文献[17]和[18]。但是这些研究中所采用的地震波仅仅是沿结构主轴方向相互正交的水平地震波。
文献[15]比较了水平任意向地震输入对连体结构的影响,证明有连接时结构的扭转变形不可忽略,最后就连接装置中各参数对扭转反应效果的影响进行了分析。
文献[19]研究了高层结构在不同地震波输入角度的弹性地震响应,证明不管是在双向地震还是单向地震作用下,SRSS法可能低估结构的最大地震响应。文献[20]还发现结构弹性地震作用最大方向与弹塑性地震作用最大方向并不相同。
文献[21]考虑双向地震作用,选取了30组地震波分别对5组基本不同频率的结构进行弹塑性时程分析,证明结构最大延性比、楼板转角和层间位移不是在地震波输入方向为结构主轴方向时发生。一般而言,延性比和层间位移可能低估65%,而对于特定的地震输入方向而言,可能低估500%。
5 结语
连体结构结构布置和动力特征比一般的高层结构更加复杂,关于连体结构的研究在以下几个方面还有待进一步深入:1)不对称连体结构振型分析。前面关于连体结构动力特征分析主要针对对称连体结构,对于不对称连体结构的动力分析还不多。2)竖向地震对于连体结构连廊部分影响可能并不大,但是规范上采用的方法可能低估连廊的竖向地震作用,在研究设计时这点值得更进一步考虑。3)地震输入角度对不对称结构的影响很大,特别是在结构进入弹塑性状态以后,非主轴方向输入的地震波可能比从主轴方向输入的地震波的影响大几倍。
摘要：介绍了高层建筑结构尤其是连体结构分析模型,总结了国内外的复杂高层结构动力分析成果和研究现状,提出了几个有待进一步研究的问题,并指出连体建筑结构因其建设、使用功能等方面的优越性,得到广泛的应用。
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