高層建筑屋頂鋼結(jié)構(gòu)連廊設(shè)計(jì)

黃熠

摘 要：當(dāng)前我國(guó)的高層建筑在城市的普及度越來(lái)越高，在高層建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中，連廊結(jié)構(gòu)是十分常見(jiàn)的一種結(jié)構(gòu)形式，空中連廊及它和主體結(jié)構(gòu)之間的連接成為了設(shè)計(jì)當(dāng)中的一個(gè)非常核心化的內(nèi)容。在連接的形式上可以選擇柔性連接，也可以選擇剛性連接，如果采用柔性連接，設(shè)計(jì)中一個(gè)相對(duì)較難的環(huán)節(jié)就是支座的設(shè)計(jì)。本文主要分析了高層建筑屋頂鋼結(jié)構(gòu)連廊設(shè)計(jì)，以供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：連體建筑；連廊；滾珠軸承支座

當(dāng)前，我國(guó)的土地資源日益呈現(xiàn)出緊張的狀態(tài)，在這樣的情況下，城市中出現(xiàn)了越來(lái)越多的高層建筑，高層建筑能夠有效的節(jié)約土地資源，而在高層建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中屋頂鋼結(jié)構(gòu)連廊是非常重要的一個(gè)結(jié)構(gòu)，而這一結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)直接影響到了高層建筑自身的性能，因此，我們一定要對(duì)其予以高度的關(guān)注和重視。

1 工程概況

某住宅工程由四棟27～30層的塔樓及一棟17層板樓組成。工程為現(xiàn)澆混凝土框支剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑面積11.7萬(wàn)m2，抗震設(shè)防7度，丙類(lèi)建筑，場(chǎng)地Ⅱ類(lèi)。在板式高層屋頂與塔樓上部高度55m處設(shè)有一層高的連廊。連廊高3.7～5m，跨度16.5m，距地面55m，分為上下兩層梁板體系。

一端與板樓屋頂相連，另一端伸入塔樓。為滿(mǎn)足建筑立面簡(jiǎn)潔及連廊的通透感，連廊采用上下兩層間距1.2～1.3m的雙槽鋼40的密肋鋼梁連接，連廊地面為厚50mm壓型鋼板上現(xiàn)澆厚80mm鋼筋混凝土面層。在塔樓一側(cè)將6根密肋鋼梁伸入樓中錨固，在板樓一側(cè)屋頂則采用滾軸支座。方案的特點(diǎn)是能夠適應(yīng)地震作用下結(jié)構(gòu)的大幅度位移（計(jì)算為0.12m），構(gòu)造簡(jiǎn)潔，連接可靠，并保證了建筑立面的要求。由于一端剛接一端滑動(dòng)，可使連廊設(shè)計(jì)高于“中震彈性”的要求，完全滿(mǎn)足“大震不倒”。同時(shí)減少了施工的高空操作，保證了吊裝安全。

2 抗震及抗風(fēng)驗(yàn)算

架空連廊是主樓各個(gè)結(jié)構(gòu)之間聯(lián)系的構(gòu)件，其在受到了地震的作用之后會(huì)產(chǎn)生非常明顯的反應(yīng)，在工程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，連廊和主體工程的連接成為了十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，如果在這一過(guò)程中采用剛性連接的形式，一定要保證其可以充分的滿(mǎn)足抗震設(shè)防三標(biāo)準(zhǔn)的要求。如果采用的是柔性連接的形式，就應(yīng)該在工程設(shè)計(jì)中加用耗能裝置。在工程建設(shè)的過(guò)程中，采用的是一端進(jìn)行剛性連接，一端移動(dòng)的方案，同時(shí)還對(duì)方案進(jìn)行了非常詳細(xì)的驗(yàn)算。

在設(shè)計(jì)的過(guò)程中一定要保證建筑在遇到大型地震的時(shí)候不會(huì)轟然倒塌，在遇到中型地震的時(shí)候可以對(duì)建筑進(jìn)行整修。此外，設(shè)計(jì)出的連廊一定要保證在遇到地震的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的坍塌問(wèn)題。，在連廊和塔樓連接的地方6根密肋鋼筋要深入到建筑當(dāng)中的某一跨4.9m，端頭和工字鋼采用的是鋼板焊接和高強(qiáng)螺栓連接的形式，同時(shí)還要借助壓型鋼板和混凝土面層保證塔樓的整體性，而在樓板頂層還要布置滾軸支座，這樣就可以自由的移動(dòng)位置。

連廊按上下兩個(gè)構(gòu)件計(jì)算。構(gòu)件一端固定一端滑動(dòng)，用PMPK-EPDA（層模型彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析）算得兩樓在罕遇地震下的相對(duì)位移為121.9mm（選用TAF-2波，舊版地震波庫(kù)）。由此相對(duì)位移反推構(gòu)件在罕遇地震下所受內(nèi)力，從而驗(yàn)算構(gòu)件強(qiáng)度、支座連接及變形。如果按照塑性分析，根據(jù)新抗震規(guī)范中結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下層間塑性位移角限值1100，兩樓相對(duì)的位移（縱向及橫向）均為1107mm（按照下榀高度55.35m算，取大震下的極限情況），滑動(dòng)支座處鋼梁伸入板樓樓頂2.5m，滿(mǎn)足了縱向位移要求，即大震下的極限情況，縱向的極限位移為1107mm，此時(shí)滑動(dòng)端與板樓屋頂結(jié)構(gòu)構(gòu)件的弱連接被破壞，從而與主體完全脫開(kāi)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的滑動(dòng)，而可滑動(dòng)的長(zhǎng)度為2.5m，使連廊不致垮塌。橫向則根據(jù)此位移反推出構(gòu)件的內(nèi)力（考慮板樓一側(cè)完全滑動(dòng)無(wú)側(cè)限支座的卸荷作用，對(duì)此位移下的內(nèi)力進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼蹨p）進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，包括鋼梁、節(jié)點(diǎn)、螺栓、栓釘、焊縫及混凝土節(jié)點(diǎn)部分的驗(yàn)算，計(jì)算時(shí)采用材料標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度。上榀極限位移為1167mm（高度為58.35m），計(jì)算方法同上。計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足上述要求。結(jié)構(gòu)自身的重力荷載按3.5kNm2計(jì)算，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.70kNm2，正常使用下風(fēng)荷載起控制作用，對(duì)風(fēng)荷載作用下的構(gòu)件進(jìn)行了相應(yīng)驗(yàn)算。

3 構(gòu)造措施

3.1 鋼梁要伸入到樓中一跨4.9米的位置，鋼梁固定的一段和工字鋼采用的是角鋼焊接和高強(qiáng)螺栓連接的形式。工字鋼通常要固定在墻體結(jié)構(gòu)的牛腿上面，使用埋件來(lái)完成連接過(guò)程，此外還要借助構(gòu)造埋件拉近和結(jié)構(gòu)墻體樓板等諸多的形式來(lái)使其成為一體，這樣就可以實(shí)現(xiàn)剛性連接的效果。

3.2 使用滾軸支座，上榀在運(yùn)行的過(guò)程中所承受的垂直荷載并不是很大，使用弧形支座，同時(shí)在支座的表面要鋪設(shè)四氟板，按照機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求來(lái)選擇支座的形式，這種方式得到了非常好的應(yīng)用，同時(shí)對(duì)其局部還進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)和完善。

3.3 為了可以更好的提升結(jié)構(gòu)本身的安全性和可靠性，密肋鋼梁之間每隔2m設(shè)置工字鋼110當(dāng)做是橫向的支撐，而滑動(dòng)支座加密的過(guò)程中，其間距應(yīng)該保持在0.5m。

3.4 風(fēng)荷載影響下所產(chǎn)生的向上位移。在下榀滑動(dòng)支座梁上要按照要求設(shè)置工字鋼110，這樣就可以非常緊密的扣住雙鋼槽，同時(shí)在這一過(guò)程中還要設(shè)置一定的空間和間隙，這樣就可以十分有效的對(duì)其加以約束，在實(shí)際的設(shè)計(jì)當(dāng)中上榀梁通常設(shè)置為弧形，同時(shí)還要在支座上設(shè)置鋼梁，使其穿過(guò)空心板，孔的四周位置和鋼板兩側(cè)要適當(dāng)使得填充橡膠，這樣一方面可以充分的確保鋼梁能夠以自由的形式上下滑動(dòng)，同時(shí)也對(duì)豎向的變形進(jìn)行了全面有效的控制。

3.5 為了可以更好的對(duì)上榀的密肋鋼筋進(jìn)行穩(wěn)固的支撐，板樓主體的結(jié)構(gòu)上還要設(shè)置進(jìn)行混凝土柱，同時(shí)還要在截面內(nèi)設(shè)置兩根組合形式的工字鋼150，之后還要在下層插一定的高度，使其能夠和墻體構(gòu)成一個(gè)整體，墻體樓板的構(gòu)造也應(yīng)該進(jìn)行有效的加強(qiáng)處理。

3.6 在鋼梁伸入到外墻的地方要預(yù)留孔洞，洞口要和鋼梁之間保持至少50mm的間隙，在縫隙當(dāng)中還要填充橡膠，這樣也就使得鋼梁的變形能力能夠得到顯著的提升和改善。

3.7 為了可以更加有效的控制風(fēng)壓的影響，在上榀的疊合層上還要設(shè)置8個(gè)2400×450的洞口，在懸挑的一端還設(shè)置了一個(gè)符合施工要求的圓孔。

3.8 連廊的構(gòu)造足夠保證其在中震、大震下的強(qiáng)度和變形。對(duì)于主樓首先考慮其傳來(lái)的荷載進(jìn)行計(jì)算分析，對(duì)剛接處墻體按中震彈性進(jìn)行驗(yàn)算。

結(jié)束語(yǔ)

在高層建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，屋頂鋼結(jié)構(gòu)連廊是非常關(guān)鍵的一個(gè)部分，它的設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響到建筑主體的整體性，同時(shí)，其設(shè)計(jì)也是一個(gè)相對(duì)比較復(fù)雜和系統(tǒng)的過(guò)程，所以，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過(guò)程中，一定要充分的考慮到工程的實(shí)際情況，保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效果。

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