一种耗能型连体结构、连体建筑体系及施工方法

摘要

本发明涉及一种耗能型连体结构、连体建筑体系及施工方法，该连体结构包括：主体桁架，形成强连接层和耗能连接层；连接件，一端与主体桁架固定连接，另一端与主体建筑固定连接；阻尼器，一端与主体桁架固定连接，另一端设置为：在施工状态下与主体建筑纵向断开或滑动连接，形成整体铰接，在使用状态下与主体建筑固定连接，形成整体刚接。本发明在桁架式刚性连接基础上，提出有限抗侧刚度的耗能型连体结构；该结构主体桁架在施工状态与两侧铰接、正常使用状态下刚接，从而保证在竖向荷载作用下主体桁架对建筑反弯作用大幅减少，保证建筑正常使用状态下受力以竖向受压为主，抗震性能好，结构安全度高。

说明书

技术领域

本发明涉及连体建筑结构，具体涉及一种耗能型连体结构、连体建筑体系及施工方法。

背景技术

连体建筑通过设置连接体将不同高层及多层建筑连在一起，方便两者之间联系。连体结构通常采用桁架式刚性连接形式或大单梁、空腹桁架、转换大梁或空腹桁架+较弱斜杆、转换大梁+斜杆形式等。其中，桁架式刚性连接的形式会对高层及多层建筑形成较大的反弯作用，整体结构竖向抗侧刚度突变严重，抗震性能差，节点设计复杂，高层及多层建筑需采取较强的加强措施，结构造价较高，抗震不利，结构设计困难。大单梁、空腹桁架、转换大梁或空腹桁架+较弱斜杆、转换大梁+斜杆的形式，连接体竖向刚度较差，难以满足正常使用舒适度要求，需与减振装置配合使用，造价较高，且连接体用钢量极大，材料成本较高。

目前国内的连体建筑中，连体结构通常采用楼面内强连接与楼面内弱连接这两种连接方式。其中楼面内强连接包括桁架刚性抗弯连接、空腹桁架有限抗弯刚度连接和转换梁铰接连接等，楼面内弱连接包括滑动支座连接/隔震支座连接等。

（1）桁架刚性抗弯连接

桁架刚性抗弯连接采用钢桁架与两侧塔楼整体刚性连接，结构整体性好，受力协调；但塔楼与连体结构形成门式刚架作用，结构整体抗侧刚度在连体层竖向突变严重，节点设计复杂，连体两侧塔楼均需采取较充分的加强措施，结构造价高，抗震不利。

（2）空腹桁架有限抗弯刚度连接

空腹桁架有限抗弯刚度连接采用空腹钢桁架与两侧塔楼整体刚性连接，塔楼与连体结构形成有限抗弯刚度的门式刚架，结构整体抗侧刚度在连体层竖向突变可控，抗震性能较好；连体结构竖向刚度差，难以满足连体竖向振动舒适度要求，连体用钢量大，材料成本高。

（3）转换梁铰接连接

转换梁铰接连接采用转换梁与两侧塔楼整体铰接连接，塔楼与连体结构形成排架结构，结构整体抗侧刚度在连体层无突变；连体结构对塔楼抗侧刚度无帮助，塔楼抗侧刚度弱；连体结构竖向刚度差，难以满足连体竖向振动舒适度要求，连体用钢量大，材料成本高，适用于小跨度连体结构。

（4）滑动支座/隔震支座连接

滑动支座/隔震支座连接采用桁架与两侧塔楼整体分别采用铰接连接和滑动连接，或与两侧塔楼均采用滑动连接，连体结构与塔楼无拉结关系，塔楼振动相对独立；连体结构无法协调两侧塔楼共同工作，震害较多，仅适用于低层连体建筑。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的主要目的是提供一种耗能型连体结构、连体建筑体系及施工方法，以解决现有技术中的一个或多个问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明首先提供一种耗能型连体结构，包括：

主体桁架，形成强连接层和耗能连接层，所述强连接层用于与两侧主体建筑直接固定连接，所述耗能连接层用于通过连接件和阻尼器与两侧主体建筑连接；

连接件，设置在主体桁架的两侧，一端与主体桁架固定连接，另一端与主体建筑固定连接；

阻尼器，设置在主体桁架的两侧，一端与主体桁架固定连接，另一端设置为：在施工状态下与主体建筑纵向断开或滑动连接，与强连接层共同作用，形成整体铰接，在使用状态下与主体建筑固定连接，与强连接层共同作用，形成整体刚接。

可选的，所述主体桁架由桁架本体和桁架上楼盖构成，连接件一端与桁架上楼盖固定连接，阻尼器一端与桁架本体固定连接。

可选的，所述连接件为一通长的钢折板，钢折板一端与桁架上楼盖焊接固定，另一端与主体建筑焊接固定。

可选的，所述连接件为一个或多个滑动支座，滑动支座在主体桁架与主体建筑之间纵向滑动、横向固定。

可选的，在主体建筑的框架柱或框架梁上设置有悬挑牛腿，悬挑牛腿延伸至桁架上楼盖的下方，所述滑动支座固定安装在悬挑牛腿上，滑动支座上部支撑桁架上楼盖并与桁架上楼盖固定连接。

可选的，所述连接件与阻尼器呈上下并联布置；

或者，所述连接件与阻尼器在横向上交替间隔并联布置。

可选的，所述阻尼器仅对应主体建筑的框架柱设置。

可选的，所述主体桁架采用中承式、下悬式或上承式桁架，中承式桁架的强连接层为桁架的中间层，耗能连接层为桁架的上、下层，下悬式桁架的强连接层为桁架的上层，耗能连接层为桁架的中间层和下层，上承式桁架的强连接层为桁架的下层，耗能连接层为桁架的中间层和上层。

本发明进一步提供一种耗能型连体建筑体系，包括连体结构和主体建筑，其中：

连体结构为前述的连体结构；

主体建筑连接在连体结构的两侧，形成耗能型连体建筑体系。

本发明还提供一种耗能型连体建筑体系的施工方法，包括如下步骤：

步骤一，施工主体建筑；

步骤二，整体吊装主体桁架的桁架本体，将其强连接层与两侧主体建筑固定连接，形成整体铰接；

步骤三，施工连接件，将其一端与主体桁架固定连接，另一端与主体建筑固定连接；

步骤四，施工阻尼器，将其一端与主体桁架固定连接，另一端与主体建筑纵向断开或滑动连接，形成整体铰接；

步骤五，施工主体桁架的桁架上楼盖及主体桁架上部结构；

步骤六，将阻尼器另一端与主体建筑固定连接，形成整体刚接，施工完成。

本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明在桁架式整体刚性连接基础上，提出有限抗侧刚度的耗能型连体结构；该结构在小震和风作用下弹性工作，可提供给连体结构两侧建筑足够的抗侧刚度，在中、大震作用下耗能工作，可减弱主体桁架对两侧建筑塔楼的反弯作用，并保证主体桁架与两侧建筑的弹性连接，抗震性能好，结构安全度高；该结构可通过适当的施工措施保证主体桁架在施工状态与两侧整体铰接、正常使用状态下整体刚接，从而保证在竖向荷载作用下主体桁架对建筑反弯作用大幅减少，保证建筑正常使用状态下受力以竖向受压为主。具体而言：

（1）通过主体桁架先施工的措施，确保连体结构与两侧塔楼在竖向荷载作用下整体铰接连接，水平荷载作用下整体刚接；竖向荷载作用下连体结构对两侧塔楼无反弯弯矩，保证塔楼主要承担连体结构竖向荷载，可避免塔楼承受过大反弯弯矩而开裂；水平荷载作用下连体结构与塔楼整体刚接，保证连体与塔楼形成门式刚架，提高塔楼的抗侧刚度。

（2）主体桁架承担竖向荷载为主，阻尼器承担水平荷载为主；竖向荷载传力体系与水平荷载传力体系分开。水平荷载对主体桁架影响较小，可以保证罕遇地震作用下主体桁架保持弹性，避免主体桁架倒塌，保证结构的安全。

（3）阻尼器采用有限刚度连接，可保证连体桁架对塔楼的反弯弯矩可控，塔楼自身的相关加强措施及塔楼、阻尼器连接节点均可简化；连体小震、中震可对塔楼提供足够抗侧刚度，罕遇地震作用下阻尼器耗能增加，减少塔楼损伤，保证结构的安全度。

（4）连接件与主体建筑连接为纵向滑动（支座）或刚度很弱（钢折板），横向固定（支座）或刚度很强（钢折板），连接件释放主体桁架与主体建筑的纵向变形，协调主体桁架与主体建筑的横向变形，保证连体结构可靠传递剪力，协调两侧主体建筑变形。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。

图1为本发明一种实施方式的连体桁架立面图（中承式）；

图2为本发明一种实施方式的连体桁架强连接层平面图；

图3为本发明一种实施方式的连体桁架耗能连接层平面图；

图4（a）为图3的1-1剖面图，图4（b）为图3的2-2剖面图；

图5为本发明另一种实施方式的连体桁架耗能连接层平面图；

图6（a）为图5的1-1剖面图，图6（b）为图5的2-2剖面图；

图7为本发明另一种实施方式的连体桁架立面图（下悬式）；

图8为本发明再一种实施方式的连体桁架立面图（上承式）。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例作进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

需要理解的是，术语“包括/包含”、“由……组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

还需要理解的是，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。

参见图1-3，本发明的耗能型连体结构，包括：

主体桁架1，为空间框架结构，可采用钢桁架，也可为混凝土桁架或钢管混凝土桁架。

在桁架不同高度位置形成强连接层2和耗能连接层3，强连接层2用于与两侧主体建筑4直接固定连接，耗能连接层3通过连接件5和阻尼器6与两侧主体建筑4连接；本发明主体建筑4以塔楼为例，形成耗能型连体塔楼体系，具有框架柱401、框架梁402以及建筑楼盖403。

连接件5，设置在主体桁架1的两侧，一端与主体桁架1固定连接，另一端与主体建筑4固定连接；

阻尼器6，设置在主体桁架1的两侧，阻尼器可选用屈曲约束支撑、粘滞阻尼器或低屈服点型钢，一端与主体桁架1固定连接，另一端被设置为：

在施工状态下与主体建筑4纵向断开或滑动连接，与强连接层2共同作用，形成整体铰接；

在使用状态下与主体建筑4固定连接，与强连接层2共同作用，形成整体刚接。

本发明中主体桁架采用钢桁架结构，在施工中与两侧塔楼整体铰接，主要承担连体结构的竖向荷载，同时也兼顾水平荷载。竖向荷载作用下，主体桁架具有足够的竖向刚度，满足正常使用结构的舒适度要求。竖向荷载作用下，主体桁架与两侧塔楼整体铰接，主体桁架对两侧塔楼无反弯作用；罕遇地震作用下，主体桁架可保证弹性，防止连体结构整体倒塌。

阻尼器采用有限刚度连接，可保证罕遇地震作用下主体桁架对塔楼的反弯弯矩可控，塔楼自身的相关加强措施及塔楼、阻尼器连接节点均可简化；小震、中震可对塔楼提供足够抗侧刚度，罕遇地震作用下阻尼器耗能增加，减少塔楼损伤，保证结构的安全度。

使用中作为主体桁架端部弦杆与塔楼形成整体刚性连接。地震作用下，主体桁架与阻尼器共同作用，塔楼与阻尼器、主体桁架形成门式刚架，阻尼器提供有限反弯刚度和阻尼能量，保护塔楼和主体桁架，避免地震作用影响过大。

本发明在桁架式刚性连接基础上，提出有限抗侧刚度的耗能型连体结构；该结构在小震作用下可提供给连体两侧塔楼足够的抗侧刚度，在中、大震作用下可减弱连体桁架对塔楼的反弯作用，并保证连体桁架与两侧塔楼的弹性连接，抗震性能好，结构安全度高；该结构可通过适当的施工措施保证连体桁架在施工状态与塔楼整体铰接、正常使用状态下与塔楼整体刚接，从而保证在竖向荷载作用下连体桁架对塔楼反弯作用大幅减少，保证塔楼正常使用状态下受力以竖向受压为主。

本发明涉及的耗能型连体结构可应用于各种连体建筑，尤其是高烈度地震设防区建筑。

参见图1、图4（a）、图4（b），本发明中，主体桁架1由桁架本体101和桁架上楼盖102构成，桁架上楼盖102上可进一步布置上部普通结构，连接件5一端与桁架上楼盖102固定连接，阻尼器6一端与桁架本体101固定连接。

参见图3、图4（a）、图4（b），在一个实施例中，连接件5为一通长的钢折板501，钢折板501一端与桁架上楼盖102焊接固定，另一端与主体建筑焊接固定。钢折板501在横向上通长连续布置，在框架柱401处与框架柱401焊接连接，在框架柱401的柱间与建筑楼盖403焊接连接。钢折板501与主体建筑及主体桁架固定连接，钢折板501受力状态为纵向刚度很弱，横向刚度很强，在横向上的大刚度能够协调主体桁架与主体建筑的横向变形，在纵向上的弱刚度能够释放主体桁架与主体建筑的纵向变形。

参见图5、图6（a）、图6（b），在另一个实施例中，连接件5为一个或多个滑动支座502，滑动支座502在主体桁架与主体建筑之间纵向滑动、横向固定。滑动支座502受力状态为纵向滑动，横向固定，在横向上固定能够协调主体桁架与主体建筑的横向变形，在纵向上滑动能够释放主体桁架与主体建筑的纵向变形。

本发明中，在主体建筑4的框架柱401或框架梁402上设置有悬挑牛腿503，悬挑牛腿503延伸至桁架上楼盖102的下方，滑动支座502固定安装在悬挑牛腿503上，滑动支座502上部支撑桁架上楼盖102并与桁架上楼盖102固定连接。主体桁架不具有布置滑动支座的条件或者不方便布置滑动支座，通过在主体建筑上设置向主体桁架侧的悬挑牛腿，在牛腿上设置滑动支座，并进一步将滑动支座固定连接在主体建筑侧和主体桁架侧，从而使得两侧形成铰接结构。

本发明中，连接件5与阻尼器6并联布置，并联确保连接件与阻尼器独立工作，分别承担不同的功能。连接件传递横向荷载，协调纵向变形。具体而言，当连接件5采用钢折板501时，连接件5与阻尼器6呈上下并联布置，如图1所示，当连接件5采用滑动支座502时，连接件5与阻尼器6在横向上交替间隔并联布置，如图5所示。

再参见图3、图5，阻尼器6仅对应主体建筑4的框架柱401设置。阻尼器与主体桁架弦杆连接，主体桁架弦杆对应框架柱位置，传递主体桁架竖向力更直接。

继续参见图1、图7、图8，本发明中主体桁架1采用中承式、下悬式或上承式桁架，中承式桁架的强连接层为桁架的中间层，耗能连接层为桁架的上、下层，下悬式桁架的强连接层为桁架的上层，耗能连接层为桁架的中间层和下层，上承式桁架的强连接层为桁架的下层，耗能连接层为桁架的中间层和上层。

如图1，本发明也提供一种耗能型连体建筑体系，包括连体结构和主体建筑，连体结构为前述的连体结构；主体建筑连接在连体结构的两侧，形成耗能型连体建筑体系。

本发明的耗能型连体建筑体系的施工方法为：

步骤一，施工主体建筑；

步骤二，整体吊装主体桁架的桁架本体，将其强连接层与两侧主体建筑固定连接，形成整体铰接；

步骤三，施工连接件，将其一端与主体桁架固定连接，另一端与主体建筑固定连接；

步骤四，施工阻尼器，将其一端与主体桁架固定连接，另一端与主体建筑纵向断开或滑动连接，形成整体铰接；

步骤五，施工主体桁架的桁架上楼盖及主体桁架上部结构；

步骤六，将阻尼器另一端与主体建筑固定连接，形成整体刚接，施工完成。

采用以上施工顺序，可以保证连体结构竖向荷载直接以竖向荷载方式传递至两侧塔楼，连体结构竖向荷载对两侧塔楼反弯弯矩较小，保证两侧塔楼承担较小反弯弯矩，简化塔楼加强措施。

至此，本领域技术人员应认识到，虽本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍然可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。