某大跨連體結構設計分析

郭海浩，姜麗

（1.東華工程科技股份有限公司，安徽 合肥 230024；2.安徽工業職業技術學院，安徽 銅陵 244000）

0 前言

隨著我國城市化的發展，連體結構層出不窮。歷次震害和試驗表明，連體結構在遭遇強烈地震作用下，主體結構和連接體的支座破壞較為嚴重，結構設計時尤為重要。此類連體結構中的連接體一般位置較高、剛度不大，結構體系常采用鋼桁架、鋼梁。連體結構通常采用連接體將兩棟或多棟建筑連接在一起，體型往往復雜，結構的動力特性也更為復雜，給結構的設計帶來了一定的困難。對于此類結構，連接體部位結構設計的合理性對于保障建筑物的安全性、適用性和經濟性十分重要。

連體結構中連接體與主體結構的連接形式有剛性連接、半剛性連接和柔性連接，一般需要根據工程實際情況確定連接體的連接形式，達到經濟、安全、實用的目的。

1 連體結構的連接體連接形式

1.1 剛性連接

剛性連接體需協調兩側主體結構的變形，適用于兩側主體結構的動力特性差別不大的情況。一般情況下，兩側主體結構的體型和周期較為接近時，連接體受力和對主體結構的影響最小。當連接體位于頂部時，對結構造成的影響最大。《高規》推薦連接體與主體結構采用剛性連接的連接形式，并應至少伸入主體結構一跨可靠連接。蘇州東方之門、中央電視臺新樓等是國內典型的剛性連接的連體結構。

為了減小連接體所受內力，同樣也可以在主體結構內采取措施減小兩側結構的相對變形，從而減小連接體的內力。朱圣妤等在鄭州報業大廈主樓中布置黏滯阻尼墻，可減小連接體兩側結構的相對變形，從而減小連體結構內力。張偉玉對大連體結構中防屈曲支撐截面進行了參數化分析，得出連體跨度小于30m時BRB支撐的合理面積基本不變，跨度小于30m時BRB支撐的減震效果不明顯。這些措施的采用為連體結構的設計提供了良好的參考。

1.2 半剛性連接

半剛性連接的連體結構連接方式有連體結構一端剛接、一端鉸接或一端剛接、一端滑動。也可通過減弱連接體剛度，實現連接體與主體結構的半剛接，實現方法：①將耗能支撐（BRB）應用于連接體桁架的端腹桿，耗能支撐在小震下為彈性狀態，在中震和大震下屈服耗能，降低連接體在中震和大震下的剛度。②連接體桁架的上下弦端支座采用骨式連接或寬扁形截面，減小端部弦桿抗彎剛度和局部所受彎矩，達到降低連接體剛度的目的。廖耘等通過在每棟高層塔樓頂部周邊布置6個鋼支撐筒支撐轉換桁架，中間電梯周邊設置阻尼器，調整鋼支撐筒和阻尼器的大小來創造性地實現連接體與兩個主體結構的半剛性連接。

1.3 滑動連接

柔性連接的連體結構連接方式有連體結構一端滑動、一端鉸接或兩端滑動。滑動連接常用的連接方法：橡膠支座連接、摩擦擺支座連接以及滑移支座+粘滯阻尼器連接等。連接體中采用隔震和消能減震措施，不僅可增加結構的阻尼、減小風荷載作用下的位移，還可減小結構在水平和豎向地震作用下的反應。

滑動支座應滿足罕遇地震作用下的支座變形應小于滑動支座的最大容許位移，同時應小于連接體與主體結構防震縫的設置寬度，避免連接體與主體結構相互碰撞。為了防止連接體在支座上滑脫或傾覆，支座處宜設置防跌落裝置，可采用防跌落擋板、防跌落鏈或鋼拉桿等措施。滑動支座后期維護方便，有利于震后修復和更換，但是風荷載作用下的位移過大，容易引起非結構構件的破壞。

2 某大跨連體結構設計

2.1 工程概況

某多層大跨連接體結構為地下1層，地上5層，建筑高度為23.65m，兩側主體結構基本對稱。本工程抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，丙類建筑。連接體采用鋼桁架，跨度為42m，位于結構頂層，與主體結構的連接采用剛性連接，以協調兩側主體結構的變形。整體結構YJK模型如圖1所示。

圖1 整體結構YJK模型

由于連接體跨度較大，將整個結構抗震等級提高一級，框架梁、墻柱的抗震等級為二級，鋼桁架抗震等級為三級。

2.2 結構布置

連接體樓板采用YXB40-185-740（B）閉口型壓型鋼板，為減少結構自重，上覆120mm厚混凝土樓板；連接體上下層板底滿布交叉水平支撐（圖2），以增大結構平面外剛度，輔助樓板傳遞水平力。

圖2 連接體結構平面布置圖

鋼桁架端部采用交叉斜桿，上下弦桿在端支座處采用變截面（圖3），以增大連接體在端部連接的承載力。同時，為提高桁架的承載能力，第五層層高比下部層高高1.15m。

圖3 鋼桁架立面圖

與鋼桁架相連的框架柱采用型鋼混凝土柱，并延伸至嵌固端。鋼桁架內伸主體結構一跨處采用型鋼混凝土梁，另一側框架柱采用型鋼混凝土柱，柱內鋼骨向下延伸一層。

2.3 結構計算

采用YJK及PMSAP對整體結構進行分析，計算結果見表1所列。由下表可知，兩種軟件下計算結果基本一致，且滿足《建筑抗震設計規范》（GB 50011-2010）的規定。

對本工程采用性能設計，鋼桁架的性能設計目標為中震彈性，兩側主體結構的框架梁、柱及剪力墻性能設計目標為中震不屈服，計算結果滿足規范要求。分塔模型計算和整體模型計算結果表明，分塔計算結果不起控制作用。

結構計算指標對比

3 結語

本文介紹了連體結構的連接形式及其特點，并對某多層大跨連體結構的設計進行了分析，以期對類似工程提供參考。