高层连体结构关键技术研究

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一等

奖

高层连体结构关键技术研究

2015年“华夏建设科学技术奖”获奖项目（一等奖）

一、立项背景

随着近年来高层建筑的迅速发展，出现了一大批复杂高层建筑，建筑设计也从功能单一化逐渐向多功能、多用途、综合性方向发展。随着高层建筑使用功能要求的日趋复杂化、数量日渐增多、高度不断提升，新型的复杂建筑结构形式也在不断出现，而高层连体建筑结构是近十几年来发展起来的一种新型结构形式。一方面通过设置连体将不同建筑之间连在一起，方便两者之间联系，并提供额外的公共活动空间，促进人际和谐与社会的可持续发展；另一方面由于连体结构独特的外形，带来强烈的视觉效果，可以使建筑更具特色。如吉隆坡双子塔、巴黎新凯旋门、CCTV 主楼、当代MOMA 等建筑，由于其极富个性的独特型体，均已成为区域性的标志建筑。

目前，高层连体建筑结构面临着：（1）连接体受力复杂、构造特殊；（2）舒适度问题；（3）施工技术复杂等问题，因此，研究高层连体建筑结构关键技术，进而清楚揭示高层连体结构的作用机理，探索提升高层连体建筑安全性、适用性、经济性的策略和方法，具有十分重要的理论意义和实用价值。

二、项目简介

本项目对高层连体结构抗震分析方法、关键部位设计、竖向振动、风工程、特殊施工方法以及模型试验等方面展开了系统研究，建立了较为完善的高层连体结构理论分析、设计及施工成套技术，提出了高层连体结构复杂技术问题的有效解决方法。

主要创新性成果如下：

（1）系统提出了高层连体结构性能化要求、关键部位设计要点及相应处理方法。

（2）提出了弱连接连体结构支座位移限值的有效控制方法及解决方案。

（3）系统研究了高层连体结构施工方法，提出了连接体结构施工及控制关键技术。

（4）针对高层连体结构的特殊性，提出了风振计算和等效静力风荷载取值的新方法。

（5）提出了人群步行力的新模型及楼板响应的计算方法。项目研究成果与实际工程紧密结合，目前已在CCTV 新台址大楼、当代MOMA 、成都来福士等20余项重大工程项目成功应用，社会和经济效益显著，同时，部分成果被相关规范采纳。在当前国内高层连体结构持续快速发展的环境下，本项目研究成果必将具有广阔的应用前景。

三、详细科学技术内容

1、高层连体结构分析方法及整体抗震性能研究

（1）基于强连接连体结构和弱连接连体结构的工程算例，对连体结构抗震分析关键问题、设计要点、连体对主体结构动

力特性影响等进行了深入探讨，给出了连体结构基本特征及初步结论。

（2）对弱连接连体结构支座抗震性能分析设计进行了系统分析研究，对支座位移限值设计进行了研究，并提出了有效的位移控制及解决方案。

（3）对连体结构抗震性能化设计要点进行了总结研究，为实际工程连体结构抗震性能化设计提供了有效建议。

2、高层连体结构关键部位设计

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特别关注The Special Focus

“

华夏奖”

年刊

通过对强连接体和弱连接体结构关键部位的受力分析，并结合工程实践经验，系统总结了连接体结构关键部位设计的要点及相应处理方法，对不同类型连接体结构的连接部位提出了设计建议。

3、高层连体结构竖向振动研究

（1）比较了各国的竖向振动舒适度评价标准，推荐了适合连体结构的相对实用舒适度评价标准。

（2）提出了人群步行力模型，即采用随机数来模拟不同行人的步频和相位，采用傅里叶级数模型生成每个行人的荷载时程并进行叠加，得到总的人群行走荷载时程。

（3）提出了计算单人行走以及人群行走工况下楼板响应的计算方法。对较为复杂的连体结构，单人行走工况可在结构响应的最大位置进行定点加载进行时程计算。当楼板上有连续人流通过时，需考虑人群行走工况，将结构楼板分为多个区块分别施加随机叠加得到的人群面荷载，通过时程计算得到楼板的响应，并通过实际工程现场实测，验证了该计算方法的准确性。

（4）给出了连体结构竖向舒适度性能提升的思路以及方法。

4、高层连体建筑风工程研究

（1）针对高层连体结构风压分布的特殊性开展了风洞试验研究，表明利用风洞测压试验可以较好的反应连体结构的局部风压分布特征，并可为主体和围护结构的抗风设计提供重要参考依据。

（2）采用随机振动的快速算法研究了高层连体结构的风致振动特征，分析结果表明：连体结构的风振分析不宜沿用一般高层建筑的分析方法，而应将其作为整体进行计算分析。通过风振分析研究了连接体的风致振动响应特征，表明其响应与两塔楼相对运动的相关性极强，并计算了连接体的杆件内力包络值可直接用于连接体的结构设计。本项目采用的研究方法对于高层连体结构的设计有很强的借鉴意义和示范作用。

（3）利用数值模拟方法研究了高层连体结构的风环境，结果表明：高层连体结构的相互干扰效应较为明显，通过数值模拟方法可以较好地反应其周边及廊道的流动特征。结合气象资料对于这类建筑进行风环境评估可以为建设设计时的功能分区提供重要参考。

5、高层连体结构特殊施工方法的应对措施

结合三个典型复杂工程，系统研究了空中连桥整体提升方法、高空悬臂阶梯拼装，空中合龙方法、空中连体拼装三种连体施工方法的特点，并给出了相应的施工关键技术和建议。

6、高层连体结构抗震性能试验研究

通过三个连体工程的模拟地震振动台模型试验，对相应类型高层连体结构在地震波时程作用下的试验现象、振动特性及抗震性能等进行了系统研究，并给出了相应的设计建议。

四、应用情况

本项目研究成果已应用于当代MOMA 、CCTV 新台址大楼、成都来福士广场、陕西法门寺合十舍利塔、郑州国家干线公路物流港综合楼等20余项重大工程项目中，同时，部分研究成果被《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010、《建筑抗震设计规范》GB50011-2010采纳。

五、社会效益

随着我国的结构理论、设计、施工水平日趋成熟，特别是近年来我国经济的高速发展，涌现出一大批富有影响力、造型新奇的高层连体建筑结构，包括当代MOMA 、CCTV 主楼、成都来福士等，这些建筑不仅推动了当地的经济发展，更成为了当地的标

志性建筑，因此，研究并提升其安全性非常重要。

本项目从高层连体建筑结构性能、关键部位设计、竖向振动、连体建筑风工程、连体结构特殊施工方法以及抗震性能试验等方面展开研究，研究成果具有创新性，可直接应用于实际工程，也为相关规程的编制提供了依据，具有显著的社会效益。C

当代MOMA 工程