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。建筑網(wǎng)結(jié)合某公寓式酒店連體結(jié)構(gòu)設(shè)計實例，對連體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(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)計方法等。

1、工程概況

某商業(yè)辦公用房項目由1號樓(公寓式酒店、商業(yè))和2號樓(會展中心、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3.25m，地上建筑面積為23780㎡。公寓式酒店平面布置呈半個回字形，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。

2、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，另一端采用雙向的滑動支座，來滿足地震作用下的連接體部分的水平滑動作用。

3、設(shè)計分析

本結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g，抗震設(shè)防類別為丙類。設(shè)計地震為第一組，場地類別為上海Ⅳ類場地，場地特征周期取0.9s，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)譜法和時程法計算結(jié)構(gòu)響應(yīng)，各振型貢獻(xiàn)按照CQC組合。

結(jié)構(gòu)動力特性(周期比驗算)。按照各個單體分別計算其固有振動特性，驗算其周期比，計算結(jié)果見表1。周期比計算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

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

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)計算結(jié)果見表3。

計算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

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%。

樓板模型。各單體計算分析內(nèi)力時，軟弱層(或人為假定的軟弱層)的樓板在計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。

4、支座設(shè)計

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

抗震縫寬度。根據(jù)抗震設(shè)計的要求，滑移量(也就是相應(yīng)節(jié)點的位移量)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)單體雙向滑動支座)要求考慮大震作用下南北單體相應(yīng)節(jié)點滑移量的相互疊加作用。經(jīng)分別計算得到南側(cè)單體在大震作用下四個節(jié)點的X向與Y向的滑移量均為95mm，而北側(cè)單體相應(yīng)數(shù)值為X向為120mm，Y向為80mm。由于連體結(jié)構(gòu)北側(cè)為固定鉸接支座，不產(chǎn)生實際滑動，位移量僅作為南側(cè)抗震縫的疊加參考因子。計算得出北側(cè)單體位移值為X向145mm，Y向95mm，南側(cè)單體位移值為X向110mm，Y向115mm;按CQC方法對北側(cè)單元節(jié)點位移進(jìn)行組合得到最大節(jié)點位移為175mm，按照最不利情況南北單元位移疊加175+115=290mm，故南側(cè)抗震縫的寬度取300mm。

支座豎向力?？紤]重力荷載控制作用下，通過計算求得支座最大豎向力設(shè)計值為800kN。

支座鋼限位。根據(jù)建筑平面布置，滑動位移量以Y向位移控制為主，在X向設(shè)限位可制另一方向的滑動。在最外側(cè)兩個鋼牛腿的外側(cè)上翼緣設(shè)置呈90°角的鋼限位，一旦滑動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。

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