合肥普天合電科技園項(xiàng)目高位連廊的設(shè)計(jì)

肖陽(yáng)

（同濟(jì)大學(xué)）

1 工程概況

合肥普天合電科技園項(xiàng)目選址于合肥市東至含笑路、南至迎春路、西至森景湖大道、北至迎送路，緊鄰董鋪水庫(kù)、大房郢水庫(kù)，自然景觀資源豐富。項(xiàng)目由塔樓A、塔樓B、8棟多層單體以及兩層地下室組成，其中塔樓A、B在19層處由一空中連廊相連。本文僅關(guān)注塔樓A、B以及空中連廊，塔樓A地下3層，地上25層，結(jié)構(gòu)高度98.600m，；塔樓B地下1層，地上25層，結(jié)構(gòu)高度98.600m，；一層層高均為4.5m，二層層高均為4.4m，標(biāo)準(zhǔn)層層高均為3.9m。連廊層數(shù)為一層，最大跨度為26.5m，板面標(biāo)高為75.200m。

本工程設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50a，設(shè)計(jì)使用年限為50a，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)?？拐鹪O(shè)防烈度為7度（0.10g），設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，設(shè)計(jì)特征周期為0.35s，抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)。結(jié)構(gòu)基本風(fēng)壓為0.35kN/m2（50年重現(xiàn)期），地面粗糙度類(lèi)別為B類(lèi)。

2 結(jié)構(gòu)體系及布置

塔樓A、B采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻核心筒偏置。柱距為8.400m～10.300m，柱截面為1500mmx1500mm～600mmx600mm；核心筒剪力墻厚度為500mm～200mm；框架梁外圍為800mmx700mm～1000mmx950mm，內(nèi)部為600mmx650mm，次梁截面為600mmx650mm。連廊采用鋼結(jié)構(gòu)，主梁截面為箱型1000mmx500mmx14mmx35mm,次梁截面為H400mmx200mmx8mmx14mm，吊柱截面為箱型300mmx300mmx14mmx14mm,吊梁截面為箱型600mmx200mmx12mmx24mm，樓板為120mm厚鋼筋桁架樓板。主梁與塔樓支座處采用廠家提供的成品摩擦擺式支座連接。

3 連廊支座設(shè)計(jì)

工程在連廊四角部支座處均設(shè)置摩擦擺支座。摩擦擺支座隔震效果類(lèi)似于橡膠隔震支座，但是豎向承載能力更高且水平變形能力更大；摩擦擺支座的自振周期穩(wěn)定，支座滑動(dòng)面由特殊金屬及高分子耐磨材料制成，同時(shí)具備較低摩擦系數(shù)和高阻尼的特性；摩擦擺支座具有較好的自復(fù)位能力，質(zhì)量中心和剛度中心重合，消除結(jié)構(gòu)因質(zhì)心和剛心偏心而導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)影響；耐久性好，耐高溫，周?chē)h(huán)境溫度對(duì)支座性能影響小。

無(wú)地震作用時(shí)摩擦擺支座摩擦力可以防止連廊在風(fēng)荷載下的水平方向的位移，地震時(shí)連廊與塔樓之間可以自由滑動(dòng)，減少塔樓與連廊之間相互作用的影響，且在地震后，摩擦擺能在重力的作用下恢復(fù)到原來(lái)的位置。本工程計(jì)算出塔樓A、塔樓B在罕遇地震下連廊支座處的最大位移來(lái)預(yù)留支座與塔樓之間的水平變形縫的尺寸。

3.1 塔樓罕遇地震下位移計(jì)算

1）考慮到塔樓A、塔樓B層數(shù)和體型相近，工程選用兩條天然波（Whittier Narrows-01_NO_618、Chalfant Valley-02_NO_549）和一條人工波，采用Midas building進(jìn)行動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析，分別計(jì)算塔樓A、塔樓B在罕遇地震下連廊支座處的最大位移。地震波考慮雙向地震作用，主方向與次方向地震波加速度峰值的比值為1:0.85，地震波主方向的方向塔樓A取為0°、90°、71°、161°， 塔樓 B取 為 0°、90°、59°、149°，計(jì)算模型(見(jiàn)圖1)。

2）工程對(duì)梁柱單元選用基于截面的計(jì)算模型，即集中鉸類(lèi)型單元，又稱(chēng)為彎矩-旋轉(zhuǎn)角類(lèi)型單元，梁鉸為彎矩鉸，柱鉸為軸力-彎矩鉸。

梁柱選用程序自帶的考慮構(gòu)件剛度退化的修正武田三折線模型，修正武田三折線模型是基于構(gòu)件試驗(yàn)結(jié)果的恢復(fù)力模型，卸載剛度由卸載點(diǎn)在骨架曲線上的位置和反向是否發(fā)生了第一屈服決定。對(duì)正向和負(fù)向可定義不同的屈服后的剛度折減系數(shù)，適用于梁、柱、支撐構(gòu)件。

Midas building中的非線性墻單元使用了纖維模型，每個(gè)墻單元上豎向纖維數(shù)量取5，水平纖維數(shù)量取3。豎向纖維數(shù)量是指計(jì)算墻的豎向的軸向和彎曲變形使用的纖維數(shù)量；水平纖維數(shù)量指計(jì)算墻的水平向的軸向和彎曲變形使用的纖維數(shù)量。本工程對(duì)墻單元選用基于材料的計(jì)算模型，即混凝土的單軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線取《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010附錄C.2條中提出的混凝土本構(gòu)模型。采用鋼筋和混凝土材料的單軸應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，通過(guò)塑性纖維的軸向變形來(lái)模擬剪力墻的軸向-彎曲變形特性。

3）通過(guò)動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析，計(jì)算出塔樓A、塔樓B在連廊支座處的節(jié)點(diǎn)最大位移DX、DY，將DX、DY按照沿著連廊方向及垂直連廊方向分解疊加，得到塔樓沿著連廊方向及垂直連廊方向最大位移，計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)圖2、圖5）。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，確定支座的水平變形能力為沿著連廊方向及垂直連廊方向±500mm。

圖1 塔樓計(jì)算模型

圖2 塔樓A沿著連廊方向位移

圖3 塔樓A垂直連廊方向位移

圖4 塔樓B沿著連廊方向位移

圖5 塔樓B垂直連廊方向位移

3.2 連廊支座構(gòu)造

考慮到地震的不確定性，在支座處設(shè)置防跌落鋼絞線，防止連廊在地震作用下脫落。

連廊牛腿及防跌落鋼絞線軍按大震不屈服進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4 連廊舒適度分析

由人行走、跳躍等行為引起樓板結(jié)構(gòu)的振動(dòng)以及人性走引起人行天橋的振動(dòng)，會(huì)給居住者和行人帶來(lái)不適和不舒適感嗎目前世界各國(guó)對(duì)于舒適度的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一。

本項(xiàng)目根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010 3.7.7條，樓蓋結(jié)構(gòu)應(yīng)具有適宜的舒適度。樓蓋結(jié)構(gòu)的豎向振動(dòng)頻率不宜小于3Hz，豎向振動(dòng)加速度峰值不應(yīng)超過(guò)表3.7.7的限值。

4.1 連廊豎向振動(dòng)頻率分析

本工程將連廊單獨(dú)抽出，采用Midas gen進(jìn)行模態(tài)分析，質(zhì)量源取為“1.0結(jié)構(gòu)自重+1.0樓面恒載+0.5樓面活載”。結(jié)果顯示連廊前6階豎向振動(dòng)頻率均大于3Hz。

4.2 連廊豎向振動(dòng)加速度分析

對(duì)連廊進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，單元長(zhǎng)度取為0.5m。人自重按75kg考慮，通過(guò)模擬人行荷載作用，采用用動(dòng)力彈性時(shí)程分析計(jì)算兩種工況對(duì)連廊舒適度的影響。

時(shí)程函數(shù)采用Midas gen自帶的連續(xù)步行（IABSE）函數(shù)，在連廊四點(diǎn)施加連續(xù)步行荷載，位置如圖六，模擬同時(shí)有四人在連廊進(jìn)行原地踏步，時(shí)程響應(yīng)結(jié)果如圖七，得到響應(yīng)最大點(diǎn)的最大加速時(shí)程響應(yīng)為0.129m/s2。

4.3 連廊舒適度分析結(jié)論

上述分析表明，連廊自振頻率大于3Hz，峰值加速度小于0.15m/s2，樓板舒適度滿足規(guī)范要求。

圖6 工況一荷載位置

圖7 工況一響應(yīng)最大點(diǎn)加速度時(shí)程響應(yīng)

5 結(jié)語(yǔ)

1）通過(guò)對(duì)塔樓A、塔樓B進(jìn)行動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析，計(jì)算塔樓連廊處的水平位移，計(jì)算結(jié)果表明本工程連廊支座能滿足罕遇地震的設(shè)計(jì)需要。

2）通過(guò)對(duì)連廊施加連續(xù)步行函數(shù)以及行走一步函數(shù)來(lái)模擬人行荷載對(duì)連廊舒適度的影響，計(jì)算結(jié)果表明，連廊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠滿足規(guī)范所需的舒適度要求。