毕业论文课题相关文献综述

一、本课题研究的背景及意义

本毕业设计的工程背景是南京某双塔连体高层钢结构。该工程位于南京市建邺区，建筑平面采用完全对称形式，包括两栋塔楼：建筑高度99.550m，地上28层，地下3层，塔身分别在第10层、16层和21层进行等差退收。地面以上采用钢框架-偏心支撑体系，地下室采用钢筋混凝土框架结构。方案中塔楼的第21、22、23层有一道三层的单连廊。

多层及高层建筑是近代经济发展和科学进步的产物。多层及高层建筑钢结构的发展已有100多年的历史，成为多层及高层建筑的重要主题之一。钢结构在我国最早主要应用于工业建筑中的厂房、屋盖、平台等，直到20世纪80年代初期才开始大规模地应用于民用建筑中。进入20世纪80、90年代以后，高层建筑钢结构获得了较快的发展，在北京、上海、深圳、大连等地陆续有高层建筑钢结构建成。1998年底，我国正式颁布了《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98），为我国高层建筑钢结构的健康发展奠定了技术基础。

随着社会文明的发展,建筑业已开始向低能耗、低污染、可持续发展的方向发展，且伴随着国外同行业日益激烈的竞争与挑战，应用信息化技术革新我国建筑行业是现阶段应运而生的发展方向。建筑信息建模(Building Information Modeling，BIM)作为一种创新的工具与生产方式，是信息化技术在建筑业的直接应用，自2002年被提出后,已在欧美等发达国家引发了建筑业的巨大变革。虽然我国的BIM应用还处在雏形阶段，但是认识并发展BIM、实现行业的信息化转型已是势不可挡的趋势。本课题研究拟使用BIM技术，增进对BIM技术的了解和运用，增强在建筑生命全周期内与建筑、电气、管理等方面的协调合作。这对今后对建筑市场的需求具有积极的意义。

二、BIM技术概述

BIM全称Building Information Modeling，建筑信息模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息(在这里信息不仅是三维几何形状信息，还包含大量的非几何形状信息，如建筑构件的材料、重量、价格和进度等等)集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对该工程项目相关信息的详尽表达。建筑信息模型是数字技术在建筑工程中的直接应用，以解决建筑工程在软件中的描述问题，使设计人员和工程技术人员能够对各种建筑信息做出正确的应对，并为协同工作提供坚实的基础。

BIM技术通过建立数字化的BIM参数模型，涵盖与项目相关的大量信息服务于建设项目的设计、建造安装、运营等整个生命周期，为提高生产效率、保证生产质量、节约成本、缩短工期等发挥出巨大的优势作用。

建筑信息模型同时又是一种应用于设计、建造、管理的数字化方法，这种方法支持建筑工程的集成管理环境，可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率和大量减少风险。它正在引发建筑行业一次史无前例的变革。

三、高层连体钢结构概述和研究现状

双塔状高层建筑由于可以节省土地使用面积及其独特的建筑效果，已成为较常见的高层建筑形式之一。为建筑美观和方便两塔楼之间的联系，常常在两塔楼上部用连廊或天桥（统称为连体）相连。正是外观和功能上的这些特点，使连体建筑越来越受欢迎但不断给结构的分析和设计带来了挑战。研究表明，双塔结构，尤其是双塔连体结构同一般的单体结构相比，它的受力特性（尤其是动力特性）要复杂得多，双塔对称与否对结构的受力特性也有很大的影响。在地震作用下，由于连接体的存在使得原来独立发生振动的两塔楼会相互作用、相互影响，应可能远比单塔结构或无连接体的多塔结构受力复杂，会出现较强的耦联振动、扭转加大等现象，从而影响原塔楼的结构性能。

在双塔连体结构中，连体的刚度和设置位置直接影响到连体对两塔楼所能起到的连接作用，因而影响结构整体的受力性能。在分别就连体轴向刚度、竖向平面内的抗弯刚度和水平面内的抗弯刚度对结构静力性能的影响进行了研究之后，分析了连体在两塔楼之间的传力机理，并探讨了要引入连体楼层楼板面内刚度无穷大假定应满足的条件。此外，还分析了连体设置位置对结构静力性能的影响。

对多塔结构和多塔连体结构的动力特性和地震响应已进行过较多的研究。连体在双塔连体结构中起着连接双塔楼的作用，连体本身的刚度和位置对结构的受力性能有着很显著的影响，所以对它的工作机理进行更为细致的研究是很有必要的。

一些学者对此类结构进行了许多实验和静、动力特性研究，并取得了一些规律性认识，得到一些结论包括：

对对称双塔连体结构，连体刚度的变化对结构的反对称振型和扭转振型有较大的影响，对平动的对称振型没有影响；对非对称双塔连体结构，连体刚度的变化使结构各阶振型的形式发生改变，平动和扭转的耦合更加明显，扭转振型更加丰富，结构整体刚度增强。

对对称双塔连体高层建筑结构连体刚度的变化除了对连体本身承受的弯矩有较大影响外，对塔楼和底盘的地震响应影响不大，连接作用弱，可按无连体的双塔楼计算；但对非对称双塔连体高层建筑结构，连体刚度的变化对结构的地震响应有很大的影响，采用简化模型会有较大误差。

对非对称双塔连体结构，当连体刚度较大时，两塔楼在与连体相邻的上下楼层处内力发生突变。高塔楼在与连体相邻的上楼层(即T楼层)的剪力发生突变，而在高矮两塔楼与连体相邻的下楼层处（即L楼层）扭矩发生突变。

但是以上结论大都是通过具体实例进行比较得出的，不一定适用于所有高层建筑。本次设计中将考虑连体数量和刚度对整体特性的影响，并且基于BIM技术，钢结构的施工安装过程也考虑的内容。

四、双塔高层钢结构的结构设计

1、结构体系的选择

常用的多高层建筑钢结构的结构体系主要有，框架结构体系、框架支撑结构体系、框架剪力墙结构体系、框架核心筒结构体系及筒体体系。

框架支撑结构体系是在框架结构的基础上，由沿房屋纵向或横向布置一定数量的竖向支撑桁架结构构成的，其特点是框架与支撑系统协同工作，竖向支撑桁架起剪力墙的作用，承担大部分水平剪力。罕遇地震中若支撑系统破坏，尚可内力重分布由框架承担水平力，即所谓两道抗震设防。支撑框架结构体系是多高层建筑钢结构中应用最多的一种结构体系。

根据支撑的形式可分为中心支撑框架结构和偏心支撑框架结构，而本设计中地上结构采用偏心支撑框架结构。偏心支撑框架中的支撑斜杆、梁和柱的轴心线并非交汇于一点，支撑斜杆至少有一端与梁相连接，且支撑轴线偏离梁柱轴线交点或梁与反向支撑轴线的交点，另一端连接在梁柱相交处或与上层或下层梁相连接，从而在支撑与柱之间或支撑与支撑之间形成一段消能梁段，成为连梁。利用连梁的剪切屈服或弯曲屈服来耗散地震能量，而支撑保持弹性，从而保证结构具有稳定的承载能力和良好的耗能能力。偏心支撑框架兼顾了抗弯框架良好的变形、耗能能力和中心支撑框架刚度大的优点，其侧向刚度介于抗弯框架和中心支撑框架之间。适用于高烈度地震区多层和高层房屋。

2、连体设计

本设计在双塔的第21、22、23层设有一道三层的单连廊，属于强连体结构，连体宽度较大，连体相对塔楼的刚度比较大，连体对整个结构的受力有非常大的影响.

研究表明，连体与双塔的连接方式是设计双塔连体结构的重要问题，通常采用刚性连接、铰接连接、滑动连接、弹性连接等几种方式，采用不同的连接方式，相当于连体端部的约束方式不同，导致其自身受力特性不同。

本设计连体与塔楼之间拟采用刚性连接，采用刚接时，连体的楼板应和塔楼楼板连续。在水平地震作用下，可视连体为一个巨型格构式构件，楼板是其主要的纵向承重部件，风荷载以及水平地震作用将主要通过楼板来传递。连体与塔楼刚接的一个最大缺点是，在连接处将产生很大的弯矩，对连接节点以及边跨的水平构件不利，为减小这一影响，拟采取以下措施：a、在连体的边跨布置斜撑，使构件主要承受轴力；b、若连体采用钢结构时，可设置消能梁段，使弹塑性变形集中在该区段内，确保连接节点部分始终处于弹性阶段，从而避免连接节点发生破坏。

五、具体结构的设计步骤

1、建筑方案。建筑设计是根据设计任务书，在满足总体规划的前提下，对基地环境、建筑功能、结构施工、建筑设备、建筑经济和建筑美观的方面做全面的分析，解决建筑物内部各种使用功能和使用空间的合理安排，最终使所设计的建筑物满足使用、经济、美观的要求。确定建筑平面和立面的主要尺寸，布置柱网，确定变形缝和抗震缝的位置和做法；对各个方案进行比较选择较优的方案。

2、结构方案。选择合适的结构体系，并确定结构的主要尺寸；布置屋盖结构、楼梯结构、支撑体系等。

3、结构计算。结构方案确定后，确定计算模型和计算简图，确定永久荷载、活荷载的种类，活荷载的最不利布置方式，最后进行内力组合和变形组合，得到整个结构的内力和变形分布。

4、结构验算。验算结构构件截面、节点的强度、结构的强度、刚度、稳定性是否满足要求，验算高层建筑的位移限制，地震效应，风振效应等。

5、节点设计。钢结构的节点设计是保证结构稳定可靠的关键之一。

6、基础设计。完成基础选型，平面立面布置，以及基础相应设计计算。

7、绘制施工图。利用BIM软件进行自动的施工图生成。

8、编制施工计划。利用BIM技术进行施工阶段的模拟，完成整个施工安装流程的编制。

六、参考文献

[1] 王珺.BIM理念及BIM软件在建设项目中的应用研究.西安交通大学，2011年5月.

[2] 李艳妮.基于BIM的建筑结构模型的研究.西安建筑科技大学，2012年5月.

[3] 朱黎明.高层连体结构的选型及受力性能分析.郑州大学，2013年5月.

[4] 黄坤耀等.连体刚度对双塔连体高层建筑地震响应的影响.浙江大学建筑工程学院，2001年6月.