某超高层项目空中连桥与塔楼连接方式的探讨

某超高层项目空中连桥与塔楼连接方式的探讨

文劲

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摘要：随着建设用地的日益稀缺，为了满足居住城市居住需求，建筑高度越来越大，超高层建筑应用日益广泛。在超高层建筑之间设置空中连桥与塔楼连接不仅有利于消防疏散，而且有利于各单元之间的连通。同时，空中连桥与塔楼连接可以使建筑立面更加美观新颖，连桥良好的采光和开阔的视野也可以作为休闲场所。为此，采用空中连桥与塔楼连接在超高层建筑中得到了广泛的应用。本文主要以某超高层项目为案例，对其空中连桥与塔楼连接方式进行了研究。

关键词：超高层建筑；空中连桥；塔楼连接

引言：目前，在超高层建筑中，空中连桥与塔楼连接方式作为大跨度建筑物之间的连接体，可以有效降低交通压力，还能带来强烈的视觉效果等一系列优点，已被广大业主和设计师所青睐。但同时其在设计过程中的存在的重点、难点问题也十分突出，尤其是在支座连接方式的选取上面需要广大设计人员对其进行全面分析和研究。

一、工程概况

某项目开发建设用地面积约29000平方米，计容积率建筑面积376000平方米，目前分为两期开发，其中一期为重点开发项目，建设用地面积20966.58平方米；二期包括商务公寓、裙房、地下商业、地下车库部分。

本项目主要包括以下部分：A塔楼：建筑高度约200米，结构高度约188米，地面以上54层，建筑面积约为64,134平米，主要功能为公寓。B塔楼：建筑高度约155.5米，结构高度约155.0米，地面以上40层，建筑面积约为29,765平米，主要功能为公寓。C塔楼：建筑高度约252米，结构高度约242.15米，地面以上53层，建筑面积约为62,155平米，主要功能为办公。D塔楼：建筑高度255.75米，结构高度约246.63米，地面以上58层，建筑面积约为92623平米，主要功能为办公。裙房：建筑高度约24.25米，结构高度约24.10米，地面以上5层主要功能为商业。地下室：地下室分为5层，埋深约25米，主要功能为停车、商业、机电及人防等。

该项目抗震设防烈度为7度（0.10g），场地类别Ⅱ类，基本风压值0.75KN/m²，地面粗糙度类别C类。其中：A塔楼的结构体系为部分框支剪力墙结构体系；B塔楼的结构体系为部分框支剪力墙结构体系；C塔楼的结构体系为部分框支剪力墙结构体系。A、B、C三栋塔楼在地面以上均为独立的建筑，塔楼和裙房在地面以上通过结构缝分开。

A、B、C三栋塔楼分别在标高141米~146米处楼层由钢桁架组成的连桥1和连桥2连接，连桥高度为一层，其中A、B栋塔之间的连桥1跨度约23米，B、C栋塔之间的连桥2最大跨度约34米。

图1为A、B、C三塔楼整体平面布置图          图2为连桥平面示意图

二、空中连桥与塔楼连接方式

仅一层高度的连桥将体量、体型、平面设计、竖向设计、刚度分配及动力特性等完全不同A、B、C三栋塔楼连接在一起，如何处理塔楼主体结构与连桥之间的连接方式是本项目在设计时需重点解决的问题。为此，设计需要评估相关塔楼与连桥的连接对塔楼及连廊的影响，以采用相对合理的连接方式，从而达到设计更合理和更有效的目的，为相关塔楼及连廊的设计提供可靠依据。

对于主体结构与连接体的连接方式，理论研究与工程实践一般采用三种连接方式：强连接（又称刚性连接）、滑动连接或铰接连接。连桥与塔楼主体结构连接方式、连桥刚度与主体结构刚度比值、连接体的竖向位置等因素均对连桥、塔楼的受力及变形产生影响。

空中连接体与塔楼的连接根据其各自特点主要有三种形式：强连接（又称刚性连接）：适用于连接体体量大、刚度大；塔楼体量、刚度及动力特性相近；滑动连接：适用于体量小、刚度小的连接体；铰接连接（介于刚性与滑动之间）：适用于体量小、刚度小、楼层位置低、水平位移小的连接体；由于本项目的空中连桥位于140m高度位置，结构的水平位移较大，铰接支座不能应对较大的相对水平位移所产生的剪力，故铰接连接不适用于本项目。

三、单体模型自身特性

在决定连桥与塔楼是采用刚性连接（形成实际意义上的连体结构）还是滑动连接以前，需要评估各塔楼各自的结构特性。遵循结构概念设计的原则及相关规范要求，连体结构各独立部分宜有相同或相近的体型、平面布置和刚度；宜采用双轴对称的平面形式，层数和刚度相差悬殊的建筑不宜采用连体结构（即刚性连接）。

由于连桥所在的位置标高较高（标高约141米~146米），A、B、C三栋塔楼及其连桥并不在一条轴线上，且三栋塔楼的侧向刚度明显不同，水平力作用下连接塔楼的连桥将产生较大的相对变形。连桥支座约束越强，连桥结构受力越复杂，在实际的连体结构中，这些变形差将由连桥来协调。由于建筑方案的限制，连桥结构高度仅为一层高度约5米，通过连桥完全协调A、B、C三栋塔楼的共同工作难度非常大。

因此，根据结构概念设计的原则及相关规范要求，由于各塔楼的体型、平面布置和刚度完全不同，且各塔楼的平面形式、层数相差悬殊，而连桥本身仅一层高度，体量小刚度弱。因此，刚性连接方案在本项目中的应用条件较差。

四、连桥刚性连接方案分析

为进一步验证连桥与塔楼采用刚性连接（形成连体结构）的不合理性，现假定按刚性连接形成实际意义上的连体结构，并建立三维实体模型进行分析。采用EATBS进行塔楼与连桥的连体模型计算，连桥与塔楼采用两端刚性连接方式。

由于连桥的连接作用，在连桥钢桁架所在的楼层（40F~41F），沿垂直连桥跨度方向的地震作用下，由于整体结构平面狭长的几何特点，以及结构偏心的连接，连桥的连接作用使栋塔楼变形协调的趋势，产生了比单塔模型明显较大的扭转位移比，表明连体塔楼相对于单体塔楼产生了更明显的扭转效应。

当三栋塔楼通过连桥连为整体结构后，第二周期就出现了较明显的扭转效应，这主要是由于连桥与各塔楼的刚性连接造成整体结构的平动刚度过大所导致的，这也从另一个角度印证了本项目连桥与塔楼采用刚性连接形成连体结构的不合理性。

虽然在考虑连体结构时各塔楼的刚度有不同程度的提高，但前提是需要塔楼的相关构件能匹配与承担相应的效应。通过上述的进一步研究分析对比可见，相比单体模型，连体模型塔楼的相关构件产生了更大的结构内力和应力集中。若要适应这种更不利的情况，相关构件设计需要采取进一步的加强措施，如加大构件截面、内埋型钢或钢板，这不仅会影响建筑空间的设计、增加建造成本，而且会增加施工复杂程度。

五、结束语

综上所述，由于空中连桥的建立，连接部分的应力变得更加复杂，给结构设计人员增加了新的困难。为此，设计人员需要加强对空中连桥与塔楼的连接方式的研究，结合项目实际情况综合考虑各种连接方式的可行性，并采取对应的加强措施，提高连桥结构在后续使用过程的稳定性和安全性。

参考文献

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[2]郭涛，宋娟，姚激，魏业清.非对称大底盘双塔连体结构的动力特性和地震响应分析[J].地震工程学报，2009（031）：003.

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