某帶連體高層結構設計

趙建超 孫兆民 徐 燁

(1．中南建筑設計院股份有限公司，湖北武漢 430071;2．中鐵大橋局股份有限公司，湖北武漢 430071)

1 工程概況

宜昌市夷陵區人力資源和社會保障服務中心綜合樓為宜昌市夷陵區林業局、宜昌市夷陵區人力資源和社會保障局擬建的辦公大樓，位于宜昌市夷陵區夷興大道和發展大道西南側，由兩棟12層主樓與一副樓組成，兩棟主樓上部均有2層混凝土構架層，作為建筑幕墻的支承結構。兩棟主樓在10層以下相互獨立，在11層與14層之間設置一連體結構，將兩主樓連通，連體部分中，僅11層為可用建筑空間，其余均為構架部分，只為滿足建筑造型。兩主樓設置一層連通的地下室。本工程不屬于超限結構，但是須對連體部分進行詳細計算。效果圖見圖1。

2 結構設計

2．1 荷載取值

本項目為丙類建筑，安全等級二級，抗震設防烈度6度，場地類別為Ⅱ類，設計分組為第一組，場地特征周期0．35 s。地面粗糙度類別B類，基本風壓按100年一遇的風壓取值:0．35 kN/m2。

2．2 基礎及地下部分

基礎采用樁基礎，樁徑800mm，中柱下一般布置5樁承臺，承臺厚度1．3 m，邊柱下一般布置4樁承臺，承臺厚度1．4 m，均采用C35混凝土。

兩棟辦公樓地下連為一體，地下室結構層高4．95 m，地下室底板兼做防水板，厚度400mm，地下室下土層多為填土，設計時不考慮承臺間土的承載力。

2．3 上部結構

本工程采用框架—剪力墻結構體系，柱截面主要尺寸700×900，700×600，主要柱網 8 m ×9．5 m，8 m ×8 m。框架柱 1 層，2層為加強層，柱墻采用C50混凝土，梁板采用C35混凝土，9層～12層采用C40混凝土，梁板采用C35混凝土。8m左右跨度的框架梁截面一般為400×600，9．5 m跨度的梁截面一般為400×750。

連體結構是復雜高層建筑中較為典型的類型，可分為弱連接和強連接結構［1］，弱連接一般有鉸接，滑動連接，強連接結構大多通過連接體將兩棟或多棟樓進行剛性連接。如圖2所示，從平面圖上看林業局辦公樓與人社局辦公樓垂直布置，由于兩辦公樓結構形式相同，質量與剛度接近，如果獨立分開，則自振周期類似，但是考慮到是林業局的短方向與人社局長方向相連，在地震作用下，兩棟辦公樓不能夠做到協同振動，如果采用強連接，則兩棟辦公樓會因不同的振動模態而產生較大的相互作用。因此，本項目連體采用弱連接。

圖1 效果圖

圖2 平面圖（11層）

3 連體部分計算與設計

3．1 計算模型及計算參數

結構整體計算分析采用Satwe，Midas/Building兩種程序。周期折減系數0．8，考慮5%的偶然偏心及雙向地震力，進行小震計算，連體部分及其以下1層按中震不屈服進行設計配筋。樓板假定，計算周期和位移時采用剛性樓板假定;計算桿件內力和截面設計時采用真實反映樓板完全彈性有限殼單元。

3．2 巨型懸臂梁與牛腿設計

本工程中連接體的弱連接方式采用平板式橡膠支座，在11層標高處，在林業局與連接體相鄰邊梁上設計3個牛腿，用來支承連接體一端，連接體另一端與人社局辦公樓剛接，3個牛腿的間距分別為8 m，4 m，其中4 m為外伸懸挑部分，牛腿高1 m，寬1 m，見圖3。

圖3 牛腿平面布置圖（單位：mm）

牛腿設置在h=3．1 m高的巨型梁上，梁寬600 mm，根據計算需要，確定牛腿高度后，為了保證連接體兩側的兩棟辦公樓在11層的建筑標高相同，連體部分的主梁設計成變截面主梁，以降低巨型梁高度，主梁跨度13．95 m，見圖4。

因為連體兩側的結構由橡膠支座隔離，項目位于低烈度設防區，水平方向剪力較小，相互間傳遞的內力主要是豎向力，首先進行單棟分離計算，計算采用Satwe軟件。人社局辦公樓橡膠支座支承點采用短斜撐模擬，即支座處僅有豎向約束，類似搖擺柱支承，斜撐底部剛接。人社局計算得到三個支承點的豎向反力標準值分別為1 465．1 kN，1 715．2 kN，1 759．5 kN，總反力 4 940 kN。計算林業局辦公樓時，將此三個反力作為節點荷載施加到計算模型上(見圖5)。

圖4 牛腿剖面（1—1）

圖5 單棟獨立計算模型

因為計算模型假定設置牛腿的巨型梁剛度無限大，而實際上巨型梁因為懸臂有4 m，剛度一定有所削弱，3個支點的剛度一定影響反力以及連接體構件的內力大小，因此，須建立整體模型，不考慮地震力，對3個牛腿的反力進行復核計算，取計算包絡內力，進行配筋。計算采用Midas Building軟件，計算模型見圖6。人社局與林業局連體間連接采用彈性連接進行連接。

圖6 整體計算模型

經過計算，牛腿處3個支點的反力分別為1 345．9 kN，1 848．1 kN，1 247．3 kN，見圖7。由計算結果可見，懸臂端的支承反力減小，中間支點反力增大，而且，3個支點的總反力小于按剛性支點的反力，減小500 kN，牛腿設計按照包絡值進行設計。連接體關鍵構件，如框架梁同樣取兩種計算方法的包絡值。

連體與主樓的防震縫間隙要靠大震作用下的兩樓的彈性水平位移，并取兩者的絕對值之和，本項目防震縫間距200mm，以保證結構在大震作用下有足夠的變形區間。

3．3 橡膠支座

橡膠支座采用疊層橡膠支座，使用年限50年，其設計部分參數見表1。

表1 設計參數

3．4 構造措施［2］

1)豎向構件。在連接體兩側的剪力墻從上至下均設置約束邊緣構件，并且在連體上下1層加強箍筋配置，適當增加縱筋水平筋配置。

圖7 連接體部分計算位移結果（單位：mm）

2)水平構件。連接體的主梁均深入人社局一跨，調整此跨截面與配筋與連接體主梁相近，并且將剪力墻布置在此主梁端部，上下鋼筋均拉通布置，以抵抗連接體變形時產生的拉力。連接體主梁不能與框架主梁相連的就布置次梁與之相連，并加強連接體附近次梁的配筋，見圖8，圖中曲線加粗部分表示加強的主梁。連接體樓蓋與屋蓋采用雙層雙向配筋，以抵抗連接體變形時可能出現的拉應力。

圖8 連接體部分梁布置

4 結語

1)對于兩個單體任一方向上振動模態不同的連體結構，應采用弱連接。2)帶有連體的結構，應增加結構的整體剛度和抗扭剛度。3)對于一個中小型項目，連體采用混凝土結構，雖然會帶來自重較重，但是相對于鋼結構而言，混凝土結構易于維護，造價較低，尤其適用于總費用控制較嚴的項目。

［1］徐培福，傅學怡，王翠坤，等．復雜高層結構設計［M］．北京:中國建筑工業出版社，2005．

［2］候書利，張 南．某復雜連體高層結構抗震設計［J］．建筑結構，2010，40(10):32-33．