潘聪全
深圳市华阳国际工程设计股份有限公司广州分公司， 广东广州 510000
【内容摘要】随着各种新型高层建筑结构陆续出现，连体结构作为一种新型结构，丰富了建筑造型。而本文针对其中之一的多层大跨连体结构，进行了要点分析。
【关键词】特点分析；多层连体结构；工具应用
近些年来，随着我国建筑行业的快速发展，新型高层建筑结构类型陆续出现，而复杂连体结构作为一种新型结构出现在大众眼前，丰富了建筑选型。而本文研究的多层大跨连体结构就属于复杂连体结构。
1.多层大跨连体结构的特点分析
1.1外核载作用下没有联系的两个高层建筑结构，基本不会相互影响。
连体建筑结构体系的特点是通过连体结构将两座或多座塔楼紧密地连接在一起。在连体结构的建筑结构中，连接件通过连接节点将连接件与相邻的两座塔连接起来，由于它们相互影响，整个结构的动力特性也会发生变化，其变形也会相互影响。对称的连接结构可以向相同的方向移动，也可以向相反的方向移动。非对称复杂连接结构会发生扭转变形，且扭转变形大于一般高层建筑结构，且变明显。特别是对于大跨连接结构，不仅连接体的变形和内力都很大，而且还应考虑竖向地震的影响。所以连体结构的结构形式在受力方面对自身是很不利的。
1.2连接方式对结构的影响
建筑结构连接是连体结构的关键问题，因此必须对节点进行良好的设计，以保证结构的安全。在连体结构中，由于力是通过节点从一个建筑传递到另一个建筑的，所以要重点关注连体结构的节点。在复杂的连体结构中节点是一个重要的组成部分，所以如何将连接件与两侧的具体的连接方法应根据建筑结构的布局特点确定。一般来说，节点的连接方法包括刚性连接、铰接连接和滑动连接，各种连接方法的结构处理方法与材料的选择和应力方法完全不同。
1.3地震作用下复杂特性
在地震作用下，复杂连接结构的振动模式要比一般结构复杂得多。振动模态通常由几个耦合分量组成，包括同向模态、相对模态和扭转模态。在复杂连接结构抗震计算中，应考虑多种模式的相互作用。为了选择足够多的振型，通常采用CQC法结合振型和时程分析方法。在抗震设防方面，连接结构的抗震设防水平应提高一级。此外，还应考虑大跨连接结构的竖向地震作用。
1.4风作用下复杂特性。
由于连体结构一般出现在高层建筑结构中，根据连体结构的建筑形状特点，相邻的两个高层建筑之间会有一条垂直通道，相对于建筑形状相对狭窄，并造成局部风压。当两塔相距较近时，可能会出现风致振动，且风压和振动会随着连接体离地面高度的增加而增加，这在设计计算中不可忽视。
2.多层大跨连体结构设计的工具与应用
2.1工具选取
Midas / Gen是一款商用工程有限元软件。该系统操作简单，具有良好的实际应用价值。它在世界各地被广泛使用。2004年，MIDAS / Gen进入中国市场，在中国主要城市的工程应用中发挥了重要作用。迈达斯有广泛的应用。特别是在一些复杂的结构中，Midas得到了广泛的应用。Midas / Gen具有强大的应用功能，从建模到加载定义的预处理，从参数设置的多样性到基础数据的完善，都具有人性化的操作。
2.2模型处理
以某工程设计实践为例。其主要构件的截面及材料（1）地下室剪力墙的主要厚度为：300mm。框架柱采用矩形混凝土柱，主要截面为：1100mm×1100mm，1000mm×1000mm。楼面采用主次梁楼盖和无梁楼盖；主梁主要截面：600mm×800mm（2）地上部分剪力墙的主要厚度为：300mm，250mm。主梁主要截面：500mm×550～600mm.框架柱采用圆形混凝土柱，主要截面为： ?1100～?800mm。桩、混凝土强度等级 C40 抗渗等级 P8 。承台及底板采用强度等级为 C35 抗渗等级为 P8。由于本工程为超限高层建筑，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，将采用两个不同力学模型的空间分析程序进行计算分析，选用 MIDAS/GEN 和北京盈建科有限公司编制的 YJK。结构计算考虑地震的作用的偶然偏心和双向作用时以及多个振型组成的扭转耦连。因存在大跨度框架梁及连接体，整体模型计算中考虑竖向地震作用。
MIDAS 与 YJK 整体模型主要结果对比表
.png)
结合技术规格书的要求的混凝土结构高层建筑和高层建筑混凝土结构技术规程和结构抗震概念设计的理论,根据上述计算结果,项目的计算和分析可以得出以下结论:第一扭转周期与第一平动周期之比小于0.9，有效质量系数大于0.5 90%，振动模态数足够。在地震作用下，各楼层的层间位移角均小于1 / 650。迈达斯和 YJK 计算结果相差都应该在 5%以内。
3.多层大跨连体结构设计的要点优化
3.1支座稳定设计
轴承是连接体结构和塔架连接的重要组成部分，所以对轴承部件的要求比较高，它必须具有较高的可靠性。在建筑结构设计中必须考虑到其他不利影响。在许多实际项目中，主要有两种连接方式:强连接和弱连接。强连接是工程中应用最广泛的连接方法之一。弱连接是柔性连接的一种，主要是指连接体的一端滑动或两端滑动与塔的两端支撑。由于支架的连接方式不同，工作原理也会不一样。但主要效果是一样的。轴承主要起以下作用:一是传递函数，它能很好地将荷载传递到连接件上。其次，为了在这些载荷的传递中保持足够的刚度，有必要确保轴承在垂直方向上应有足够的刚度，以便在较大的垂直载荷下，支座能够只产生较小的变形量。轴承必须具有水平方向变形的能力，从而促进水平位移和水平荷载引起的端部转动。在设计中会遇到大部分需要根据具体的受力和布局来解决的问题。根据连接件的纵向水平力和连接件的连接形式确定制造布置图。中间经常使用滑动轴承，这是一种架空连接器。为了应对大地震，滑动轴承必须有足够的滑移来满足位移要求。
3.2抗震设计
根据结构计算和分析的部分技术规范对高层建筑的混凝土结构,在结构设计中,我们的设计师应该采用弹性时程分析方法补充计算超级复杂高层建筑,高层建筑,和弹塑性分析方法应采用静态或弹塑性动态辅助计算。
时程分析法是以结构动力学为基础的，然后基于惯性力 fI(t)、阻尼 力 fD(t)和弹簧 力 fS(t)列出的表达式：
fI(t )+fF(t)+fS(t)=p(t)，
根据 d’Alem bert 原理fIt=mx；fDt=mx；fSt=mx
在高层建筑结构设计中，应将其简化为多自由度体系，然后以矩阵的形式列出各自由度的实际力的平衡。
[M]{X(t)}+[C]{X(t)}+[K]{X(t)}=[M]X0{t}式中，
[M]—结构的质量矩阵、[C]—阻尼矩阵、[K]—刚度矩阵 ；{ x(t)}—加速度 { x(t)}—速度 { x (t)}—位 移；X?t——地 面加速度；
时程分析方法有多种其中包括：常存在显示算法与隐式算法。显示算法无需迭代，不存在收敛性问题，但是时间步要足够小，以保证稳定性。隐式算法需迭代存在收敛性问题，分析稳定性好，所需时间与自由度的平方成正比。
在时程分析中，采用震源释放的地震波表作为地面质点加速度、速度或位移的时间函数。选择合理的地震波是保证时程分析结果准确性的关键之一。地震波的选择和调整用振幅、频率和持续时间来表示。在选择地震波时，地震波的特性应满足当地施工现场的条件。在选择时，设计者应考虑以下参数:地震烈度、地震烈度、周期、反应谱、场地土壤类型等。在选择地震波时，应选择主周期与施工现场主周期接近的地震波。在选择合适的地震波时，设计人员应尽量反映施工现场工程地震动的三个要素。主要选择原则如下：(1)特征周期与规范相比较，将有效峰值加速度控制在20%以内(2)计算所选地震波的有效峰值加速度，并按照规范进行调幅。(3)有效持续时间是结构基本周期的5 ~ 10倍(4)波数：P
4.总结
大跨度连体结构作为复杂连体结构之一。完善改进它，对于结构建筑是很有帮助的。本文对于其研究还并不够透彻，剩余的地方还需要其他人员的不断探索与研究。