高層建筑大跨度鋼結(jié)構(gòu)連廊設計分析

劉慧

摘要：連廊是高層建筑結(jié)構(gòu)體系的一個種類，是指兩幢或者幾幢高層建筑之間由連接體進行連接，以符合建筑使用功能和要求。本文結(jié)合工程實例，對有關(guān)結(jié)構(gòu)抗震性能設計進行總結(jié)，對連廊鋼結(jié)構(gòu)設計進行研究。

關(guān)鍵詞：高層建筑；大跨度鋼結(jié)構(gòu)；連廊；設計分析

1、引言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市中高層建筑越來越多，功能也越來越復雜。一些連廊設置是由于建筑功能要求所致，是為了便利兩幢樓之間的聯(lián)系，同時也是為了整個建筑物的美觀考慮。本文以實際案例對當前高層建筑大跨度鋼結(jié)構(gòu)連廊設計進行分析和探討，不足之處，敬請指正。

2、工程概況

2.1工程介紹

某工程項目建筑面積達40萬㎡，地下兩層，地上30層，建筑高度超過105米，地上1-6層是商城，7-32層是公寓，被劃出四個區(qū)域，每一個區(qū)域之間均是架空連廊進行連接，具體如圖一所示。工程結(jié)構(gòu)設計服務年限是50年，建筑安全等級是二級，地基基礎(chǔ)設計等級是甲級，商場的抗震設防級別是乙類，公寓是丙類，工程抗震設防烈度是7度。

2.2 結(jié)構(gòu)體系

該工程采用的是框架-剪力墻的結(jié)構(gòu)體系，支撐轉(zhuǎn)換梁及鋼連廊框架柱均是型鋼混凝土，其核心筒是主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，核心筒附近剪力墻厚度大約是300～400mm，框架截面尺寸從500×500～1300×1300，墻和柱的混凝土強度等級從C35～C60。其中兩個塔樓之間均是在3-6層利用連廊進行連接，連廊采用的是多層空間桁架結(jié)構(gòu)體系，從而形成多塔連體的結(jié)構(gòu)。連廊跨度是34m，高度是25m，距地面高度是11m。

2.3 連廊的結(jié)構(gòu)形式

連廊和塔樓的連接方式包括強連接和弱連接兩種，其中強連接是兩端剛接或者鉸接的方式，這種情況下連接體一方面要承受重力荷載，還要對連接體兩端變形及振動作用進行協(xié)調(diào)。一般來說，連接體和塔樓連接處的受力比較大，節(jié)點的構(gòu)造也非常復雜，因此要慎重選擇連接體剛度、形式以及構(gòu)造。弱連接結(jié)構(gòu)的連接體有些區(qū)別，其一端和結(jié)構(gòu)鉸接，一端是滑動支座，或者都是滑動支座，以此減少塔樓和連接體之間產(chǎn)生的作用力，防止出現(xiàn)破壞而結(jié)構(gòu)坍塌。本工程連廊跨度大、寬度窄，不對稱的塔樓平面布置使得其在地震作用下振動和幅度都不同，因此綜合考慮下選擇弱連接的結(jié)構(gòu)形式。

3、結(jié)構(gòu)抗震性能設計

弱連接的結(jié)構(gòu)形式，大跨度鋼結(jié)構(gòu)連廊的水平剛度和塔樓的水平剛度相比較而言要小的多，二者的約束和相互作用力也比較小，因此連廊對塔樓的整體受力基本上沒影響，因此多塔樓弱連體結(jié)構(gòu)采用塔樓及連接體分別計算的方式。

3.1 結(jié)構(gòu)整體抗震分析計算

水平多遇地震作用下反應譜分析要對偶然偏心的情況加以考慮，計算振型數(shù)的振型參與質(zhì)量要大于結(jié)構(gòu)總質(zhì)量的90%，同時結(jié)合時程分析法進行補充，根據(jù)反應譜分析和時程分析結(jié)構(gòu)對結(jié)果進行驗算。

3.2 連接體分析和設計

連接體按照中震彈性對連廊的樓板及鋼桁架、內(nèi)力進行分析，根據(jù)中震彈性設計和塔樓型鋼混凝土框架柱，還有就是需要對中震、大震的情況進行考慮，連接體樓板處發(fā)生開裂失效情況，鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)力突增，在設計時還需考慮樓板失效而造成連廊鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)力突增的情況。

3.3 結(jié)構(gòu)抗震等級

本工程屬于乙類建筑，抗震設防烈度是7度，其框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的高度不小于60m，按照相關(guān)規(guī)程規(guī)定鋼筋混凝凝土框架和剪力墻抗震等級是1級，連廊周邊結(jié)構(gòu)構(gòu)件無論是在范圍上還是其他方面，其抗震等級要高出許多。

3.4 中震彈性分析

塔樓裙房和連廊之間的連接是利用型鋼混凝土柱及型鋼混凝土共同組成連廊支撐體系，為了保證該體系的結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定可靠，框架柱根據(jù)中震彈性設計，忽略內(nèi)力、風荷載、材料強度等影響?？拐鹪O防烈度是7度的中震水平地震影響最大值是0.23，計算過程中需要考慮構(gòu)件進入塑性，同時提升結(jié)構(gòu)阻尼比。最后進行靜力彈塑性對比，結(jié)構(gòu)顯示支撐連廊框架柱沒有產(chǎn)生塑性鉸，在一定程度上達到抗震性能目標和要求。

4、連廊鋼結(jié)構(gòu)設計

4.1 連廊結(jié)構(gòu)設計

架空連廊剛桁架構(gòu)件采用的是熱軋H型鋼，在桁架的上弦和下弦是H600×400×15×31，桁架豎桿是H450×350×12×18，桁架斜腹桿是H400×350×12×18，以及H450×350×12×22，連廊樓板是厚度為120mm的壓型鋼板組合，具體而言連廊的結(jié)構(gòu)立面布置如圖2所示。

地震、風等因素作用下，樓板內(nèi)產(chǎn)生一定拉應力，樓板鋼筋雙層雙向通長布置，壓型鋼板和鋼梁之間加密連接，樓面梁之間進行水平斜撐的設計，組成樓面內(nèi)水平桁架體系，具體如圖3所示。

4.2 多塔連體結(jié)構(gòu)支座最終位移量

塔樓和連廊之間是弱連接方式，疊層橡膠隔震支座能夠利用支座位移和轉(zhuǎn)動的力的作用下，連接體結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)是滑動鏈接，支座位移量可以達到兩個方向的位移要求，采取相關(guān)措施。

4.3 連廊的鉛芯橡膠隔震支座及連接點設計情況

連廊結(jié)構(gòu)和塔樓連接點根據(jù)中震彈性的設計，利用型鋼混凝凝土柱和型鋼混凝土牛腿支座，為提高連廊和塔樓連接處穩(wěn)定可靠性，對二者相鄰跨的框架梁進行強化。本工程連廊支座采用的是型號為GZY600配備帶鉛芯的橡膠支座，這個支座的有效直徑是600mm，設計豎向承載力是4160kN，豎向剛度是3019kN/mm，設計位移是107mm，最大位移是321mm。多遇地震驗算時，適合的水平加載頻率是0. 3Hz，而且隔震支座水平剛度是2.65kN/mm（剪切變形為50%），等效粘滯阻尼比是33.1%；碰到地震需要采用水平加載頻率是0.21Hz，而且隔震支座的水平動剛度為1. 32kN/mm（剪切變形為100%），等效粘滯阻尼比為15%。利用采用帶鉛芯的橡膠支座，從而實現(xiàn)連廊和主體結(jié)構(gòu)之間的弱連接，既減小相互作用又降低牛腿支座的內(nèi)力。

5、結(jié)語

總而言之，連廊在高層建筑中的重要應用，連廊和主體連接是設計的重點。本文分別對結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)形式進行介紹，對結(jié)構(gòu)整體抗震進行分析計算，對連廊鋼結(jié)構(gòu)設計進行探討，以期對于高層建筑設計水平的提升，起到一定的促進作用。

參考文獻：

[1]王艷敏，解文紅.大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)[J]. 河北煤炭. 2006（03）.17-23

[2]李智勇.大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房的火災危險性及防范對策[J]. 武警學院學報. 2011（12）.11-13

[3]謝士強，林靜.大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究與應用[J]. 四川建材. 2012（06）.47-52