摘 要:本文結(jié)合高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)連體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了研究，分別介紹了結(jié)構(gòu)選型、連接方式選擇、抗震受力特性、支座設(shè)計(jì)方法。

　　關(guān)鍵詞:實(shí)例分析,高層建筑,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　1 概述

　　高層建筑連體結(jié)構(gòu)是近幾十年發(fā)展起來的一種較為新型的結(jié)構(gòu)形式，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也比一般的單體結(jié)構(gòu)或多塔樓結(jié)構(gòu)顯得更為復(fù)雜。本文結(jié)合某公寓式酒店連體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)連體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，介紹了結(jié)構(gòu)形式確定、連接方式選擇、抗震受力特性、支座設(shè)計(jì)方法等，并闡述了解決一些具體問題的過程。

　　2 工程概況

　　某商業(yè)辦公用房項(xiàng)目由1號(hào)樓(公寓式酒店、商業(yè)) 和 2號(hào)樓( 會(huì)展中心、公寓式辦公) 組成，地下 1 層 ～ 2 層，地上 7 層 ～ 9 層，總建筑面積92634㎡。公寓式酒店地下 1 層、地上 9 層，現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)體系，剪力墻為主要抗側(cè)力構(gòu)件，標(biāo)準(zhǔn)層層高 3.25 m，地上建筑面積為23780㎡。公寓式酒店平面布置呈半個(gè)回字形，設(shè)置兩條抗震縫將結(jié)構(gòu)分為北樓、南樓、連接體 3 個(gè)單體。在 8 層、屋頂層處設(shè)置連體結(jié)構(gòu)，連體結(jié)構(gòu)平面呈直角梯形。結(jié)構(gòu)平面圖見圖 1。結(jié)構(gòu)剖面圖見圖 2。

　　3 結(jié)構(gòu)選型

　　公寓式酒店的連接體在第 8 層和屋頂層有連接，屬于高規(guī)第10 章的復(fù)雜高層建筑中的連體結(jié)構(gòu)。連體結(jié)構(gòu)與塔樓的連接方式可以分為強(qiáng)連接和弱連接，本工程連體結(jié)構(gòu)如果采用強(qiáng)連接，在地震荷載作用下將受到很大的軸向力和彎矩，難以協(xié)同變形。在考慮偶然偏心影響的地震作用下，存在最大彈性水平位移( 或?qū)娱g位移) 大于該樓層兩端彈性水平位移(或?qū)娱g位移) 平均值的1.2 倍等超限情況，給抗震設(shè)計(jì)帶來諸多不利。根據(jù)建筑要求僅在 8 層處要求有樓板連接，連接體層數(shù)僅占總層數(shù)的11%，跨度相對(duì)較大，因此優(yōu)先考慮弱連接形式，考慮到自身重量和承載力性能的比值，連體結(jié)構(gòu)確定為鋼結(jié)構(gòu)桁架加活動(dòng)支座的弱連接形式結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)形式上類似于橋梁，一端采用固定鉸接支座，連接體可繞鉸接支座轉(zhuǎn)動(dòng)，另一端采用雙向的滑動(dòng)支座，來滿足地震作用下的連接體部分的水平滑動(dòng)作用。

　　4 設(shè)計(jì)分析

　　本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為 50 年，抗震設(shè)防烈度為 7 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為 0.10g，抗震設(shè)防類別為丙類。設(shè)計(jì)地震為第一組，場(chǎng)地類別為上海Ⅳ類場(chǎng)地，場(chǎng)地特征周期取0.9 s，各振型阻尼比取 0.05，主體結(jié)構(gòu)采用 SATWE 進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析，采用 PM-SAP 進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析并進(jìn)行校核。分析時(shí)考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)和雙向地震效應(yīng)，采用振型分解反應(yīng)譜法和時(shí)程法計(jì)算結(jié)構(gòu)響應(yīng)，各振型貢獻(xiàn)按照 CQC 組合。

　　4.1 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性( 周期比驗(yàn)算) 。按照各個(gè)單體分別計(jì)算其固有振動(dòng)特性，驗(yàn)算其周期比，計(jì)算結(jié)果見表 1。周期比計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

　　4.2 位移比。驗(yàn)算位移比時(shí)，采用單體模型計(jì)算(計(jì)算模型中的各個(gè)單體的各個(gè)樓層，采用強(qiáng)制剛性樓板假定)，并按照各單體模型逐層加以驗(yàn)算。反應(yīng)譜法結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)位移計(jì)算結(jié)果如表 2 所示。計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

　　4.3 反應(yīng)譜法底部結(jié)構(gòu)的剪力、彎矩和有效質(zhì)量系數(shù)計(jì)算結(jié)果見表 3。

　　計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

　　4.4 振型數(shù)。振型數(shù)大于 15，且使振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的 90%。

　　4.5 樓板模型。各單體計(jì)算分析內(nèi)力時(shí)，軟弱層( 或人為假定的軟弱層) 的樓板在計(jì)算模型中按照彈性板處理( 采用殼單元) 。其他區(qū)域的樓層考慮為剛性樓板。

　　5 支座設(shè)計(jì)

　　本工程連體結(jié)構(gòu)的支座為固定鉸接支座與雙向滑動(dòng)支座，設(shè)計(jì)過程中主要考慮支座的水平滑動(dòng)量和豎向力的大小，支座型號(hào)則根據(jù)計(jì)算值確定。

　　5.1 抗震縫寬度。根據(jù)抗震設(shè)計(jì)的要求，滑移量( 也就是相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的位移量) 是要求在大震作用情況下取得的，且抗震縫的寬度( 主要是與南側(cè)單體雙向滑動(dòng)支座) 要求考慮大震作用下南北單體相應(yīng)節(jié)點(diǎn)滑移量的相互疊加作用。經(jīng)分別計(jì)算得到南側(cè)單體在大震作用下四個(gè)節(jié)點(diǎn)的 X 向與 Y 向的滑移量均為 95 mm，而北側(cè)單體相應(yīng)數(shù)值為 X 向?yàn)?120 mm，Y 向?yàn)?80 mm。由于連體結(jié)構(gòu)北側(cè)為固定鉸接支座，不產(chǎn)生實(shí)際滑動(dòng)，位移量?jī)H作為南側(cè)抗震縫的疊加參考因子。計(jì)算得出北側(cè)單體位移值為 X 向 145 mm，Y向 95 mm，南側(cè)單體位移值為 X 向 110 mm，Y 向 115 mm; 按 CQC方法對(duì)北側(cè)單元節(jié)點(diǎn)位移進(jìn)行組合得到最大節(jié)點(diǎn)位移為175 mm，按照最不利情況南北單元位移疊加 175 +115 =290 mm，故南側(cè)抗震縫的寬度取 300 mm。

　　5.2 支座豎向力。考慮重力荷載控制作用下，通過計(jì)算求得支

　　座最大豎向力設(shè)計(jì)值為 800 kN。

　　5.3 支座鋼限位。根據(jù)建筑平面布置，滑動(dòng)位移量以 Y 向位移控制為主，在 X 向設(shè)限位可制另一方向的滑動(dòng)。在最外側(cè)兩個(gè)鋼牛腿的外側(cè)上翼緣設(shè)置呈 90°角的鋼限位，一旦滑動(dòng)支座限位失效且又產(chǎn)生地震作用的情況下，鋼限位能夠阻止鋼梁產(chǎn)生過大的滑移變形，從而加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的安全性能。根據(jù)以上計(jì)算和要求完成支座部分的設(shè)計(jì)，雙向滑動(dòng)支座的節(jié)點(diǎn)詳圖見圖 3，固定鉸接支座的節(jié)點(diǎn)詳圖見圖 4，鋼限位的節(jié)點(diǎn)詳圖見圖 5。

　　6 結(jié)語

　　JGJ 3-2002 連接體結(jié)構(gòu)屬于高規(guī)第 10 章中所提到的復(fù)雜高層建筑，屬于超限高層，設(shè)計(jì)時(shí)需要格外慎重。設(shè)計(jì)過程中首先要明確結(jié)構(gòu)體系和傳力路徑，如果本工程在設(shè)計(jì)初始采用剛性連接方案:

　　6.1 不符合實(shí)際情況，僅靠 8 層樓板無法協(xié)調(diào)兩棟單體變形;

　　6.2 如果按照剛性連接設(shè)計(jì)，考慮到協(xié)同變形，兩側(cè)單體的結(jié)構(gòu)體系甚至是具體構(gòu)件設(shè)計(jì)與現(xiàn)在的非剛性連接存在巨大的不同，將造成結(jié)構(gòu)的不安全。采用現(xiàn)行的非剛性連接方案將原本復(fù)雜的連接體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為非超限的普通高層結(jié)構(gòu) + 鋼結(jié)構(gòu)連接體形式，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)程序，縮短了設(shè)計(jì)論證周期，使得結(jié)構(gòu)體系明確，傳力路徑簡(jiǎn)潔，構(gòu)件節(jié)點(diǎn)具有通用性，方便選用及施工。

　　參考文獻(xiàn):

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