帶連廊高層剪力墻結構的抗震設計探究

張明

（山東省建筑設計研究院有限公司泰安分院，山東泰安271000）

1 引言

連廊不僅能提升建筑的美觀性，使建筑立面造型更加新穎突出，還有較好的采光性和較寬闊的視野，因此，逐漸受到人們的歡迎。而在對連廊進行設計時，需要確保建筑的抗震性能，給建筑建構的設計帶來了很大的挑戰。

2 剪力墻概論

剪力墻又被稱為結構墻、抗震墻、抗風墻，分為筒體剪力墻和平面剪力墻。筒體剪力墻主要應用于高聳結構、高層建筑以及懸吊結構，由樓梯間、電梯間、輔助用房和相關設備間隔墻組成。筒體剪力墻的筒體材料為鋼筋混凝土，相比于平面剪力墻，其能夠承受更大的水平荷載。平面剪力墻主要用于無梁樓蓋、升板結構、鋼筋混凝土結構中，能夠有效提升相應結構的強度和剛度，提高結構抗倒塌能力。在某些結構中，通過現場澆筑或者預制構件的形式建設鋼筋混凝土剪力墻。以現澆形式建設剪力墻時，需要同周邊柱、梁一同澆筑，以確保房屋結構整體性。

3 連廊部位彈性分析與設計方法

3.1 小震彈性分析

對剪力墻進行抗震設計時，通常選擇小震彈性分析，采取振型分解反應譜法，計算出連廊兩側梁板配筋，在設計時需相應加強連廊板設計，選用的連廊板厚度為500㎜，配筋需要按照板厚最小的配筋率進行設置[1]。

3.2 中震彈性設計

中震彈性設計主要是對某些連廊結構的超限情況進行測試，在抗震設計中采用中震彈性設計加以補充計算，也是采用振型分解反應譜法，通過把地震作用加速度的峰值提升至中度震動水平，相當于小震的2.9倍，把連廊板設置為彈性板計算有限元，計算出在中震作用下彈性板應變結果。通過分析混凝土拉應力確定樓板開裂情況。

4 動力彈塑性時程分析方式

對于超限結構，需進行建筑結構彈塑性抗震分析，通過時程分析方式加載地震波，獲取結構在受到地震作用影響時由靜止狀態到發生最大變形的形態信息，對全過程進行觀察，從而了解建筑結構在地震作用下每一個時間點存在的地震效應，對結構進行大震作用下的彈塑性分析，能夠準確模擬出柱、梁、支撐、樓板、剪力墻等各個結構構件的非線性性能，更加清晰地分析出結構各個構件在彈塑性時期所產生的地震響應及損失情況。時程分析法是對結構物運動的微分方程進行逐步積分求解的方法。通過時程分析能夠得到各質點隨著時間變化的位移、速度和加速度反應，實現構件內力和變形的時程變化計算，時程分析法是當今階段對結構進行地震反應相關分析較為有效、完善、可行的方法。其特點主要表現為3個方面：（1）具有動力時效特征，在對結構進行分析時，直接利用儀器將模擬地震波傳輸至相應的結構進行時效性分析，能夠較為清晰、直接地反映在不同工程狀況下結構內應力的分布情況；（2）幾何方面非線性，結構動力的平衡方程是建立在結構發生變形后的幾何狀態上，能夠精準地分析出非線性屈曲效應、P-Δ效應（P為荷載；Δ為水平位移）、大變形效應；（3）動力方程積分方式，通過顯式積分，能夠精準地模擬出結構損壞和直到倒塌的形態。

5 帶連廊高層剪力墻結構的抗震設計實際案例分析

5.1 工程概述

某建筑群是用于商業辦公的高層建筑群，其中的2#和4#公寓屬于超高層建筑，分別為52層和27層，建筑高度分別為197 m和104 m，4#公寓的頂層和2#公寓的27層之間建設有空中連廊結構連接2棟公寓。2#和4#公寓都是采用部分框架支撐剪力墻結構，2#公寓加強部位的框架、框支剪力墻的抗震等級都是特一級，非底部加強部位的剪力墻抗震等級是一級，4#公寓底部加強部位的框架、框支剪力墻抗震等級都是一級，非底部加強部位的剪力墻抗震等級是二級。該工程的抗震設防烈度是7度，設計地震的分組形式是第一組設計基本地震加速度是0.10g，特征周期為0.35 s，建筑的場地類別屬于二類，基本風壓是0.75 kN/m2（在對承載力進行設計時需要按照基本風壓的1.1倍進行計算），地面的粗糙程度屬于B類，建筑結構的安全等級是二級，風荷載的體型系數選為1.4，建筑的使用年限設為50年，抗震設防類別是丙類。

5.2 空中連廊的結構設置

4#公寓的頂部和2#公寓的27層之間建有連廊相互連接，2棟公寓的水平夾角大致為23°，空中連廊的長度約20.6 m，寬度約13.5~15.5 m，選擇空間鋼桁架結構，組合樓蓋的樓面厚度為150 mm，上層屬于建筑的云會所，高度約為8.9 m，樓頂是復雜的曲面結構設計。

5.3 建筑小震彈性分析

2棟公寓之間的連體結構計算選用MB軟件，其中，柱、梁選用桿單元，樓板、剪力墻選用殼單元，空中連廊結構選用彈簧連接模擬滑動支座。

5.3.1 模擬分析

整體結構分析結果表明，建筑結構振型基本一致，第一、第二振型主要為結構的兩主軸方向的水平運動，第三振型主要是扭矩，需要確保結構具備良好的抗扭剛度，第一水平運動周期和第一扭轉周期比值都小于0.85，符合規范要求。通過比較單棟和雙棟連體的計算結果可以得出，2#和4#公寓通過連廊連接后可有效提升建筑結構整體剛度，2棟公寓的第一水平運動周期（y方向水平運動）基本一致，第二水平運動周期（x方向水平運動）和扭轉振型周期存在一定差別，大約為0.2~0.3 s；4#公寓的第一水平運動周期（y方向水平運動）約0.1 s，屬于偏小，第二水平運動周期（x方向的水平運動）和扭轉振型的周期存在較小差別，約為0.3~0.4 s。雙棟連體的兩端滑動與一端滑動、一端剛接的振型基本一致。

5.3.2 最大層間位移角

雙棟連接體分析結果表明，公寓樓層間的最大位移角基本一致，造成公寓樓變形的概率較小。在風荷載作用下，2棟公寓的連接體和單棟在x水平方向上的最大層間位移角基本上一致，而在y水平方向2棟公寓的連接體最大層面位移角相比于單棟增加約10%。在地震作用下，2#公寓的連體在x水平方向上相比于單棟公寓的最大層面位移角較大，4#公寓的連體在x水平方向上相比于單棟公寓的最大層面位移角較小，對于y水平方向，2棟公寓的連體相比于單棟的最大層面位移角較大。

5.3.3 樓層剪力

相關統計分析表明，在地震作用下，x水平方向上，兩端滑動方案的連廊結構26層剪力相比于27層小580 kN；一端滑動一端剛接方案中，26層剪力相比于27層小630 kN；在y水平方向上，兩端滑動方案中，連廊結構公寓26層和37層的剪力基本上一致；一端滑動一端剛接方案中，26層剪的力相比于27層小60 kN。4#公寓的連體無論在x方向還是y方向的剪力都比較小。

6 結語

連廊屬于建筑結構中較為薄弱的部分，在對某些高層、超高層建筑的連廊結構進行設計時，更應考慮其抗震性能以及其在地震作用下的建筑結構響應，從而加強連廊和主體的連接，使整體建筑結構更加穩定，保證建筑的使用安全。