大跨连体超限高层建筑结构设计研究＊

王彩雪

（西安欧亚学院，陕西 西安 710065）

0 引言

大跨连体超限高层建筑作为连体建筑中的一种，在设计过程中具有很高的难度系数。主要体现在，由于大跨连体超限高层建筑的结构高度存在差异，很难获取较明显的刚度结构特征，导致大跨连体超限高层建筑的抗震性难以达到预期目标[1]。不仅如此，基于大跨连体超限高层建筑结构存在扭转效应，其安全等级也很难达标。为保证大跨连体超限高层建筑的稳定性，有很多学者研究大跨连体超限高层建筑结构的设计方法，但大多主要针对大跨连体超限高层建筑结构的连接部分展开设计，未考虑大跨连体超限高层建筑结构抗力时变的特点，导致设计出的大跨连体超限高层建筑结构存在基底承载力不足的现象，符合具体施工要求，进而无法广泛应用在大跨连体超限高层建筑结构设计中。为弥补传统大跨连体超限高层建筑结构设计中存在的不足，本文提出大跨连体超限高层建筑结构设计研究，致力于从根本上提高大跨连体超限高层建筑结构的基底承载力，确保大跨连体超限高层建筑结构的稳定性。

1 大跨连体超限高层建筑结构设计

1.1 建立大跨连体超限高层建筑结构抗力时变模型

在大跨连体超限高层建筑结构设计中，应结合混凝土材料在空气作用下引发的结构承载力变化，充分考虑大跨连体超限高层建筑结构的时变性能[2]。因此，根据混凝土的碳化引发结构退化，将大跨连体超限高层建筑结构退化分为3个阶段：第1阶段，混凝土结构强度为0.5～1.0MPa；第2阶段，混凝土结构强度为1.0～1.5MPa；第3阶段，混凝土结构强度为0.5～1.0MPa。由此可见，混凝土结构强度时变呈现抛物线的趋势，在第2阶段混凝土强度结构达到最高值；第1阶段与第3阶段混凝土强度结构基本一致。与此同时，当混凝土结构随着时间的转移而发生碳化反应时，大跨连体超限高层建筑结构中的钢筋也逐渐锈蚀，当达到一定程度后，混凝土表层将开裂并脱落，最终混凝土保护层结构整体失效，钢筋继续锈蚀。结合上述理论分析，建立大跨连体超限高层建筑结构抗力时变模型，通过计算方程式的方式表示大跨连体超限高层建筑结构抗力时变过程。设大跨连体超限高层建筑结构抗力时变模型表达式为p，可得公式。

式中，δ（t）为钢筋混凝土及结构的锈蚀深度；δcr指的是混凝土开裂时间。

通过式（1），明确大跨连体超限高层建筑结构抗力时变，为大跨连体超限高层建筑结构算量提供基础数据。

1.2 大跨连体超限高层建筑结构算量

设大跨连体超限高层建筑结构算量的表达式为Q：

式中，A为大跨连体超限高层建筑中任意一个节点的参数点坐标；n为大跨连体超限高层建筑结构信息；Xn为大跨连体超限高层建筑结构信息下的特征参数；i为大跨连体超限高层建筑结构组成个数，为实数；Xi为第i个组成部分下的权重系数；B为大跨连体超限高层建筑结构信息集合。

采用上述计算公式，可得出大跨连体超限高层建筑结构算量，并以MySQL为统一格式优化融合大跨连体超限高层建筑结构信息资源[3-4]。与此同时，通过结构抗力时变模型统一大跨连体超限高层建筑结构信息中的参数属性，将大跨连体超限高层建筑结构算量信息属性与结构抗力时变模型相关联。此过程可以通过方程式进行表示，设关联计算表达式为V，则：

式中，W为大跨连体超限高层建筑结构参数；P为大跨连体超限高层建筑结构抗力时变模型权重。

通过式（3）将大跨连体超限高层建筑结构算量信息参数属性与抗力时变模型相关联，在大跨连体超限高层建筑结构数据汇集与信息展示的基础上，强化各部分之间的互联共享。

1.3 大跨连体超限高层建筑结构抗震性目标

根据大跨连体超限高层建筑结构设计中对抗震的要求，并结合上述大跨连体超限高层建筑结构算量，设计大跨连体超限高层建筑结构抗震性。为防止在后续施工和使用阶段，地震时出现建筑晃动、沉降，甚至坍塌问题，根据褥垫的设计方案可实现对其抗震效果的处理。将褥垫结构设计在建筑的地下地带以及持力位置，当地震引发建筑晃动或沉降时，建筑地基结构保护地带上会附加较大的压力，从而防止大跨连体超限高层建筑结构中的地板结构出现开裂，进而抑制二次振动或沉降问题的发生。考虑到大跨连体超限高层建筑大多存在地下室结构，因此，针对建筑结构的抗震设计，还应考虑发生地震时地下水的运动情况。当大跨连体超限高层建筑结构所处地区处于降水丰富时期时，地下水位呈快速上涨趋势。而此时，需在地下室地板设置防水结构。通常情况下，地下室建筑结构复杂，且基槽地膜结构的形状不一。因此，在对其外部轮廓进行设计时应尽可能简洁，从而有利于后续建筑防水的顺利进行，通过良好的防水结构还可进一步提高大跨连体超限高层建筑结构的抗震性。

1.4 完成大跨连体超限高层建筑结构设计

在达到大跨连体超限高层建筑结构抗震性目标的基础上，为进一步提高建筑结构的稳定性，还可以通过增加钢筋保护层的厚度，实现对大跨连体超限高层建筑结构稳定性的提升。在设计大跨连体超限高层建筑结构时，应当选用构件表面碳化或氯离子等侵入的钢筋结构。根据混凝土在实际建筑中的暴露情况，设定混凝土的保护层厚度。为保证大跨连体超限高层建筑结构的稳定性，对于一般大跨连体超限高层建筑结构设计中的混凝土结构构件而言，混凝土强度应为C25～C30，并且其保护层厚度在35mm以上；对于靠近地下水位置或保护在海上的建筑构件，其混凝土保护层厚度应在60mm以上；对于周围铺设公路或桥梁护栏的建筑构件结构，其混凝土保护层厚度应不小于56mm；对于室内的混凝土梁、柱、筋等构件结构，其混凝土保护层厚度应为35.5mm，至此完成大跨连体超限高层建筑结构设计。

2 实例分析

2.1 试验准备

通过构建实例分析，采用双塔连体结构，其主楼高32层，其裙楼30层且设有2层地下室，建筑总面积为5 000m2。使用本文方法设计大跨连体超限高层建筑结构，通过Weapectl 1.2.1软件测试大跨连体超限高层建筑基底承载力，记为试验组；再使用传统方法设计大跨连体超限高层建筑结构，通过Weapectl1.2.1软件测试大跨连体超限高层建筑基底承载力，记为对照组。为保证Weapectl1.2.1软件的测试精度，分别进行6次测试，记录试验结果。

2.2 试验结果分析与结论

整理试验结果如表1所示。

表1 大跨连体超限高层建筑结构基底承载力对比

通过表1可得出：本文设计的大跨连体超限高层建筑结构基底承载力明显高于对照组，具有更高的稳定性，具有现实推广价值。

3 结语

本文分析大跨连体超限高层建筑结构设计中需要重点关注的问题。在后期大跨连体超限高层建筑结构设计中，必须严格遵守本文设计的大跨连体超限高层建筑结构设计标准，在确保大跨连体超限高层建筑结构稳定性的同时，最大限度提高大跨连体超限高层建筑的安全性，进而延长大跨连体超限高层建筑的使用寿命。但本研究仍存在不足，在今后的研究中还需深入研究大跨连体超限高层建筑的优化设计，为提高大跨连体超限高层建筑的综合性能提供技术支持。