空中连廊或空中天桥已经大量出现在高层建筑中。它们通常是通过一个小型的、一端或两端允许少量滑动的连接体，将两个或者多个独立的建筑物连接起来。从建筑使用的角度出发，连廊带来了灵活的交通、空中花园，也提供了更好的疏散、服务和应急线路^[1]。典型代表是位于吉隆坡的双子塔(图1)和位于中国杭州的市民中心(图2)。

　　 另一种与之类似但却有所不同的连接形式，在近年来的高层建筑、特别是超高层建筑的设计中不断出现，本文称之为连体建筑(Binding Building)。其特点是通过多个完整的楼面，在高空将两个或者多个建筑物连接在一起，相当于把传统的裙房提升至高空中，其具备空中连廊的所有优势，并且空间更大、更加灵活，功能更加丰富。其典型代表包括中国中央电视台新址^[2](图3)、腾讯滨海大厦(图4)。

　　 从结构设计的角度出发，连体结构与连廊结构有着显著的区别。被连廊连接的结构，就单栋塔楼而言，本身都是完善、能独立承担重力荷载和水平荷载的结构，因此，连廊或者连桥往往与塔楼的连接不是固定的，采用一端或者两端滑动设计，支承于两栋塔楼之间，连廊或者连桥不需传递水平力，而且由于连廊或者连桥自身重量轻，给塔楼附加的偏心重力荷载也很小。而连体结构，则充分利用了连接体的刚度和整体优势。连接体通常采用桁架，跨多个楼层与塔楼采用固定的连接方式，将本来只能独立承受重力荷载、不具足够抗侧能力的塔楼连接成为一个整体，使结构整体具备了完善的承受水平荷载的能力。换句话说，连接体赋予了结构在地震和大风下的额外性能。

　　 腾讯滨海大厦地上部分是由南北两栋双塔组成，每个塔楼的平面扁长。其典型结构平面布置如图5所示。平面宽度约32m，长度分别约为92m和73m。

　　 南、北塔楼地上分别为39层、50层，标准层高度4.35m，结构总高度分别为246m和195m，高宽比分别为7.7和6.1。其中南塔楼高宽比已经超过框架-核心筒混合结构的合理值，建筑剖面见图6。

　　 建筑位于深圳市，为7度抗震设防，地处沿海，50年基本风压取0.75kPa。如果分别按单塔楼进行结构设计，仅依靠塔楼自身抗侧体系来保证结构的抗震和抗风能力，代价很大，需要加大核心筒尺寸、框架梁尺寸，并设置2～3道加强层，才能满足结构的楼层侧移控制和整体稳定性的需求^[3]。

　　 然而，分别布置在3～6层(标高11.5～29m，连接体跨度48m)、21～26层(标高97～120m，连接体跨度45m)、34～38层的连接体(标高155～175m，连接体跨度47m)，如同三道“大梁”将两栋塔楼连接在一起，很自然地形成一个整体，互为支撑。特别是中部和顶部两道连接体的存在，就像两道巨型梁，与两栋塔楼形成了“巨型框架”结构，实际上与两栋塔楼共同形成了建筑物的结构主体(图7)。

　　 单塔楼按满足10年一遇风荷载下的整体稳定性要求进行设计。通过对单塔楼设置立面斜撑、对高柔的南塔楼设置有限数量的伸臂，尽量使两栋单塔楼的位移、动力特性接近。由于中高区连接体的作用，双塔楼形成一个新的连体结构，具备比单塔更强的抗侧能力。表1对比了单塔楼与连体结构的主要指标。由表1可以看出，Y向小震作用下，连体结构中关键连接体所在的楼层(22层和35层)Y向位移均较单塔显著降低，连体结构的第1阶周期也较单塔楼小，说明在单塔楼较弱的Y向，连接体产生了巨型框架的作用。

　　 为分析连体结构的经济价值，对连体结构和单塔楼进行对比。在两者都需要达到同样的抗风和抗震性能时，前者主要依靠巨型框架的作用，后者需要在塔楼内布置更多的伸臂、环桁架、钢支撑。以南塔楼为例，表2列出两种条件下的材料用量和构件尺寸。

　　 从表2可以看出，南塔楼在采用连接体时的用钢量比不采用连接体时增加了大约690t钢材，约相当于增加621万元。与此同时，采用连体结构时南塔楼主要剪力墙厚度相对于不采用连体结构减小0.2m，由此可在每个标准层提供将近6m²使用面积。如果按照建筑物所在区域的办公楼价格5万元/m²计算，采用连体结构后，这些额外提供的使用面积的价值大约为1 500万元。采用连体结构并未付出额外的代价，相反获得了额外的约880万元。

　　 连体结构的连接体区域各楼层板通常采用钢筋混凝土楼、屋面，有利于振动、隔音、防水，其与连接体钢梁或钢桁架上下弦杆成为组合受力构件，共同形成了连接体的刚度。在重力荷载、水平荷载作用下，受拉区楼板将产生裂缝，实际刚度下降。如果不考虑楼板刚度退化，会带来两个主要不利影响:一是高估连接体作为“大梁”的刚度，进而高估结构整体抗侧能力，影响结构整体指标的判定和地震作用大小;二是对钢桁架构件的内力产生很大影响，在楼板刚度退化后，钢桁架构件将产生显著的内力重分布，其构件设计应考虑内力重分布后的结果^[4]。

　　 上述影响如同连梁在不同水平荷载作用下的刚度折减，在连接体跨度小、桁架高度大的连体结构中，尤应重视这两个不利影响。

　　 除此之外，应尽量减小正常使用阶段连接体楼板所受的拉力。连接体的各个楼层，一般采用钢梁与混凝土楼板组合楼面。与普通楼板不同，连接体的钢结构跨度较大时，由于自重产生的整体变形会使各层楼板在边缘处产生很大的应力，造成其在投入使用前开裂。在工程实践中可在连接体的楼板边缘设置后浇带，由设计考虑各个楼层混凝土的浇筑顺序和后浇带的封闭顺序，必要时在连接体屋面进行预堆载(图8)。

　　 对于重量较小的空中连廊而言，有很多种施工方式，包括高空散拼、单榀提升、整体提升，一般而言，后者效率最高，施工控制要求也最高。对于重量较大的连接体而言，在高空进行大量的安装工作是效率低、质量欠佳且不安全的，应首选整体提升的方式，特别是存在多道连接体时。在地面将高区连接体楼层的结构安装在一起，并尽量多地安装好幕墙、主要设备管线，然后采用液压提升装置将连接体整体提升至设计位置。顶部连接体在高空进行剩余安装工作的同时，中部连接体可以同步在地面进行组装，然后被提升至设计高度(图9)。

　　 提升施工，需要周密的模拟计算、严格的监控以及保障安全的应对措施。预估变形是提升施工的关键，除了连接体自身的挠度，更重要的是塔楼自身的变形。这是因为，当一个质量超过2 500t的连接体被第一次悬挂在塔楼上时，塔楼将产生倾斜和扭转变形，尽管这个变形对塔楼整体而言并不大，但会对连接体在高空的准确对接产生显著影响，尤其是对于侧向刚度较柔的塔楼。因此，需要对施工过程的变形进行施工模拟分析，基于分析结果在实际施工时预先考虑变形量。模拟分析的数据也成为提升过程的监控依据。

　　 连接体的主结构为大跨度桁架，在正常使用条件下，桁架构件的承载力都有足够的安全系数，不需要非常大的构件截面。而决定构件尺寸的，往往是整体的挠度、振动频率、加速度。因此，需对连接体进行振动分析，以评估其在各种使用条件下的舒适度，包括行走、体育活动、设备运行等等。连接体与大悬挑均采用钢桁架承载，钢材牌号为Q345GJ。连接体上下弦杆主要规格为方钢管□800×800×50×50，大悬挑弦杆主要规格为矩形钢管□800×1 200×80×80，桁架楼层混凝土板厚300mm。按照中国国家标准^[5]和美国钢结构协会AISC标准^[6]进行振动评估，连接体基本满足要求。仅北塔楼的大悬挑部分区域(竖向频率1.9～2.3Hz)在相邻层多功能厅人群跳跃时，加速度值超过限值0.25m/s²，因此在设计时预留TMD(调谐质量阻尼器)所需的荷载重量，最后将根据大悬挑区域建成后的实际使用情况和实测的振动特征，再考虑是否安装TMD。

　　 连接体与主塔楼之间连接位置的节点，是确保结构整体可靠性的关键因素。它的承载能力、变形需求比主结构要更高。在设计中，应该使力的传递简洁、明确。

　　 腾讯滨海大厦的连接体桁架与塔楼斜交，造成了汇交节点复杂。一个两榀桁架与柱相交的节点，汇交在一起的构件达到了14根(图10)。柱截面尺寸为1 200×1 200，其他杆件截面尺寸为400×800～600×800不等。

　　 本工程中柱设计为方形SRC(型钢混凝土)柱，显然无法同时与如此多的钢杆件连接。最初的想法是将SRC柱在这个区段做成铸钢，将所有牛腿一起铸造出来。但是铸钢节点成本高、重量大，更不利的是完全切断了上下SRC柱的混凝土和钢筋，无法形成连续拉压材料。通过研究不同的SRC柱截面，最终摒弃了铸钢节点方案，采用了钢骨过渡到钢管再过渡到钢骨的方案(图11)。新的节点可以确保钢筋与混凝土均能上下贯通，保证了受力材料的连续性。同时也大幅减轻了节点的重量、降低了成本。ANSYS软件和ABAQUS软件的分析结果均表明，逐步加大地震力，构件先于节点屈服，满足“强节点、弱构件”的要求，节点的变形也非常小^[7]。

　　 超高层混合结构由于内筒与外框柱的收缩徐变差异，对结构构件的长期应力状态产生影响，特别是布置有伸臂、环带的斜腹杆。当连接体采用桁架时，宜内伸至塔楼核心筒，内伸桁架实际起到了伸臂的作用。分析显示，内伸桁架的斜腹杆受收缩徐变差异影响较大。因此，在超高层连体结构设计中，应进行考虑收缩徐变的施工模拟分析，预估目标年限的竖向变形差异。在施工中，对内伸桁架的斜腹杆采取延迟连接构造，在高低塔楼的连接体两侧预留柱顶竖向变形差异，尽可能消除徐变作用带来的不利影响^[8]。

　　 911事件之后，包括中国在内的各个国家对超高层建筑物抵御意外事故的能力提出了更高期望。对超高层连体结构，由于连接体的特殊性和重要性，须进行防连续倒塌设计，使其具备较好的冗余度，重点在于大跨连接体桁架、大悬挑桁架的局部失效后果评估。

　　 结构设计考虑了两个层面的冗余度:一个层面是当连接体或大悬挑子结构的一榀桁架失效时，其相邻的桁架和楼面梁能够继续承担结构重力荷载，保持连接体楼面的稳定与安全，可以采用拆除关键构件的分析方法;另一个层面是考虑多榀桁架的中部失效时的极端情况下，单个塔楼可以完全承担悬挂半个连接体结构的重量，而不致倾覆。本工程采用拆除构件法对结构冗余度进行分析，分析结果表明，结构可以完全满足上述两个层面的冗余度。特别地，由于设计的连接体桁架伸入核心筒，其下方的底层单个框架柱失效时，也不会产生连续倒塌。

　　 利用连接体将单独的塔楼结合为整体，形成新的巨型结构，可以具备和单独塔楼一样的结构坚固性和稳定性，在建筑空间和使用上具有更好的价值。连体结构的设计与施工有很多不同于传统超高层的问题需要专门对待。对于连体结构，在以下方面还需要进一步研究:火灾下连体结构的性能分析方法与评价标准是什么，是否可以利用多道连接体的部分重量形成质量阻尼，是否可以利用连接体使塔楼互为阻尼，减小地震反应，这些都有待结构工程师思考与实践。