帶懸挑連廊連體結構的抗震設計研究及應用

方 坤

中信建筑設計研究總院有限公司（430010）

0 前言

連體結構主要是指兩個或多個塔樓之間帶有連接體的結構，從形式角度來看，連體高層建筑結構主要有連廊式、凱旋門式兩種形式。凱旋門被稱為門式高層結構，連接體的寬度和塔樓結構的寬度相近，兩個塔樓主體結構普遍屬于對稱布置特征，如北京西客站的主站樓、上海凱旋門大廈均屬于凱旋門結構形式。在遇到雙塔在體量方面存在較大差異或者是結構形式存在不同的情況下，特別是多塔連體結構普遍是采用傳統連體結構，此時會出現復雜的相互耦聯振動或比較大的扭轉效應，對抗震存在明顯的負面影響。對此，探討帶懸挑連廊連體結構的抗震設計研究及應用具有顯著實用價值。

1 帶懸挑連廊連體結構相關缺陷

帶懸挑連廊連體結構屬于體型上大下小的豎向不規則結構，上部分的結構質量相對于下部分而言要大許多，其可以促使高振型的地震作用增大。懸挑結構也會因為質量提升而形成更大的偏心距，促使主體結構的扭轉效應得到提升[1]研究顯示，懸挑結構本身帶有明顯的豎向地震效應，并且效應會隨著懸挑尺寸的增加而增大，這也是設計中的難點[2]。對于這一問題必須針對結構特點做好優化設計。

2 應用案例

以某建筑結構為例，該結構主要是由3棟樓構成，塔樓的主體屬于框剪結構，抗震等級為框架二級、剪力墻二級及懸挑鋼桁架二級。懸挑鋼桁架的上、下弦桿型鋼均屬于主體結構延伸2跨，其可以促使鋼桁架上、下弦桿內力更加直接地傳遞到主體上，梁截面的形式采用型鋼混凝土梁，鋼桁架上、下弦所在的樓層均屬于鋼筋混凝土現澆筑體系，板層厚度200 mm。在根據振型分解反應譜的抗震設計，可以構建一個帶懸挑連廊連體結構有限元模型，同時作結構位移角、位移周期及承載力等參數的計算。

通過計算，位移角小于1/650。在受剪承載力方面，在懸挑桁架所在樓層的下一層結構受剪承載力存在突變現象，所以在設計期間必須按照實際要求及相關規范對懸挑桁架所在的樓層、上下相鄰層強化抗震措施設計。在樓層側向剛度方面，按照高層混凝土結構技術規程，針對框架、剪力墻與板柱、剪力墻結構與框架、核心筒結構、筒中筒結構、樓層相鄰上層的側向剛度比進行計算，結果顯示：本層和相鄰上層的比值超過0.9，本層層高相對于上層層高為1.5倍時比值不低于1.1。對于結構底部的嵌固層，比值應當在1.5以上，考慮層高修正的樓層側向比值算法，必須確保樓層剛度滿足相應的規范限制要求。在地震彈性時程方面的分析，結構本身帶有豎向體型收進、懸挑結構及連體結構等特征，其屬于高層混凝土結構設計規范當中比較復雜的一種高層建筑結構，可以采用彈性時程分析的方式進行補充，假設不同樓層的質量集中在樓層位置，應用分層模型、彈性多質點體系，可以在體系結構分析當中加入地震波，得到結構不同點的速度、位移及加速度的反應，并通過位移反應計算結構的內力，結果顯示結構基底剪力平均值超過振型分解反應譜法的80%，部分層樓的層間剪力低于地震波對于平均層間剪力曲線。

3 結語

整層鋼桁架懸挑連廊的剛度相對比較大，可以促使懸挑樓層抗剪能力顯著提升。設計期間懸挑連廊所在的樓層和下部樓層的豎向構件當中設置型鋼柱或提升柱截面，可以有效降低過渡層抗剪承載力突變風險。在結構設計中應當盡可能降低懸挑結構的質量，預防因為懸挑連廊的質量過大而導致附加質量偏心問題的發生，從而導致主體結構形成附加的扭轉效應，降低懸挑連廊對于主體結構的負面影響。