跨主干道連橋結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點(diǎn)分析

康 侃

（中國建筑科學(xué)研究院有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518057）

1 工程概況

安徽省廣播電視新中心分為東西兩區(qū)，中間有南北向懷寧路通過。其中東西區(qū)連橋連接?xùn)|區(qū)和西區(qū)建筑物，橫跨懷寧路，分南側(cè)和北側(cè)兩座，既作為東西區(qū)建筑物的人行交通通道，也是新中心騰龍造型的重要組成部分。

本工程平面投影為多段弧線組成的曲線。其中北側(cè)連橋展開跨度約67.2m，懸挑長度約21.9～22.2m，總長度約111.3m；南側(cè)連橋展開跨度約68.4m，懸挑長度約22.1～22.8m，總長度約113.3m。

兩座連橋均為三層，其中二層供人員通行，標(biāo)高12.35m；三層為鋪設(shè)鋼格柵板的設(shè)備層，標(biāo)高22.55m；屋面為設(shè)置保溫層的壓型金屬板系統(tǒng)，檐口標(biāo)高33.15m；屋面以上設(shè)置高2.3～5.1m高的裝飾構(gòu)架。墻面為玻璃幕墻，其中在北側(cè)連橋北面設(shè)置大型LED屏。

圖1 實(shí)景圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 荷載取值

本工程結(jié)構(gòu)安全等級為二級，設(shè)計使用年限為50年。建筑抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度為0.10g，設(shè)計地震分組為第一組，場地類別為II類、特征周期0.35s，抗震等級為三級。50年一遇基本風(fēng)壓為0.30kN/m2，承載力設(shè)計時按0.40kN/m2取用，地面粗糙度類別B類。50年一遇基本雪壓為0.60kN/m2，由于裝飾構(gòu)架的影響，屋面設(shè)計時考慮1.4的積雪分布系數(shù)。參照《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》 （CJJ69-95），在地面以上1.8m處考慮350kN的汽車撞擊力，但順橋方向和垂直橋方向不同時作用。溫度作用為±25°C。

連橋二層以下為開敞空間，考慮了連橋底面風(fēng)荷載有變號的可能，即出現(xiàn)風(fēng)荷載向下的不利情況。

含汽車撞擊力的荷載組合時，汽車撞擊力采用標(biāo)準(zhǔn)值，可變荷載采用頻遇值，活荷載和風(fēng)荷載的頻遇值系數(shù)分別取0.6和0.4。

2.2 基礎(chǔ)

本工程采用樁基礎(chǔ)，樁基設(shè)計等級為甲級。樁徑1000 mm，擴(kuò)大頭直徑1800mm，以中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖作為樁端持力層。柱下布置4樁承臺，考慮鋼管混凝土柱的埋入深度，承臺厚度取5.35m，樁身混凝土強(qiáng)度等級為C35，承臺混凝土強(qiáng)度等級為C40。

2.3 上部結(jié)構(gòu)體系

連橋橫向采用框架+支撐結(jié)構(gòu)體系，縱向利用樓層設(shè)置整層高的桁架，樓層梁作為桁架弦桿，以實(shí)現(xiàn)較大的跨越和懸挑能力，在東西兩側(cè)與建筑物之間在不同樓層設(shè)置150～300mm寬的變形縫。

每座連橋設(shè)置4根框架柱，在三層樓面以下的部分為鋼管混凝土柱，截面規(guī)格為φ1600x25，填充C40混凝土，在三層樓面以上的部分為鋼柱，截面規(guī)格為φ1219x20，直徑不同處用錐管過渡，材質(zhì)均為Q345B。柱腳采用埋入式剛接柱腳，埋入承臺深度為4.8m。連廊縱向桁架弦桿在二、三層均采用650高的焊接H形鋼，屋面層則采用500高的焊接箱形截面。腹桿規(guī)格根據(jù)內(nèi)力不同介于φ245～φ508之間。為減小荷載較大的二層弦桿跨度和截面高度，在三層桁架節(jié)點(diǎn)處設(shè)置φ50的鋼吊桿懸吊二層弦桿，以確保所有樓層的弦桿高度與跨度比不超過1/100，以實(shí)現(xiàn)較好的外觀效果。

本工程的樓蓋系統(tǒng)為使用鋼筋桁架樓承板澆筑混凝土而成的樓板，由于連橋結(jié)構(gòu)比較狹長，在設(shè)置兩道后澆帶的基礎(chǔ)上，采取了以下措施，以保證樓板的面內(nèi)剛度：

1.樓板厚度取為120mm；2.雙層雙向配筋，在垂直鋼筋桁架的方向，板底、板面加配φ8@150通長鋼筋；

圖2 結(jié)構(gòu)平面布置圖（二層）

圖3 結(jié)構(gòu)縱、橫向剖面圖

2.4 結(jié)構(gòu)計算模型及計算參數(shù)

結(jié)構(gòu)整體計算采用通用有限元分析與設(shè)計程序midas Gen。參照《矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，在多遇地震及中震作用下的阻尼比均取為0.035。考慮連橋玻璃幕墻及可能存在的少量非承重墻的剛度，對計算周期取用0.9的折減系數(shù)。地震作用計算時考慮了5%的偶然偏心及雙向地震的影響，并考慮了豎向地震工況。樓板采用能真實(shí)反映樓板面內(nèi)及面外剛度的板單元進(jìn)行模擬。

考慮到本工程的重要性及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對抗側(cè)力體系組成部分中的框架梁、桁架弦桿、腹桿、水平支撐，進(jìn)行中震不屈服設(shè)計；對柱及柱間支撐，進(jìn)行中震彈性設(shè)計。

圖4 結(jié)構(gòu)計算模型

2.5 結(jié)構(gòu)分析結(jié)果

特征值分析結(jié)果顯示，兩座連橋第一自振周期均為大致沿結(jié)構(gòu)橫向的平動，第二自振周期則為大致沿結(jié)構(gòu)縱向的平動，但因?yàn)檫B橋?yàn)榍€形，以平動為主的周期中仍存在一定的扭轉(zhuǎn)成分。而兩座連廊的第三自振周期均以扭轉(zhuǎn)為主，第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動周期的比值分別為0.754（南側(cè)）和0.78（北側(cè)）。

風(fēng)荷載作用下柱頂位移與柱高的比值為0.0484/32.75=1/677，在多遇地震作用下柱頂位移與柱高的比值為0.0132/32.75=1/2481，均滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

在考慮偶然偏心或雙向地震的工況下，各層的樓層最大位移與樓層平均位移的比值均小于1.2，結(jié)構(gòu)不存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的情況。

桁架跨中總撓度f=37.8mm，相應(yīng)跨度L=63708mm，f/L=1/1685；桁架懸挑段總撓度f=18.4mm，相應(yīng)懸挑長度度L=22943mm，f/L=1/1247，均遠(yuǎn)小于相關(guān)規(guī)范的要求。

2.6 主要抗側(cè)力構(gòu)件的驗(yàn)算結(jié)果

基于本工程的重要性，及抗側(cè)力構(gòu)件的特點(diǎn)，對水平抗側(cè)力構(gòu)件進(jìn)行了中震不屈服驗(yàn)算，最大應(yīng)力比為0.45，對柱及柱間支撐進(jìn)行了中震彈性驗(yàn)算，最大應(yīng)力比為0.41，均滿足要求。

3 結(jié)語

連接建筑物的跨城市主干道連橋因受到場地和道路通行功能的影響，普遍存在跨度較大，懸挑較大，豎向承重構(gòu)件數(shù)量較少的情況。利用樓層處的構(gòu)件設(shè)置整層高的桁架，可實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的跨越能力和懸挑能力。當(dāng)跨度較大時，在連橋橫向宜設(shè)置柱間支撐以提高抗側(cè)剛度。考慮到結(jié)構(gòu)的重要性，對抗側(cè)力體系組成部分的構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行中震作用下的承載力驗(yàn)算，以提高地震作用下的結(jié)構(gòu)安全性。