某柔性連接連體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

姜 麗 郭海浩

（1.安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 安徽 銅陵 244000；2.東華工程科技股份有限公司， 安徽 合肥 230024）

0 引言

隨著我國(guó)建筑業(yè)的發(fā)展，連體結(jié)構(gòu)越來(lái)越多，逐漸成為公共建筑中一種常見(jiàn)的建筑體型。震害和試驗(yàn)表明在強(qiáng)烈地震作用下，連接體破壞尤為嚴(yán)重[1]。連體結(jié)構(gòu)連接體常用的連接方式有柔性連接、半剛性連接和剛性連接三種方式。當(dāng)兩側(cè)塔樓動(dòng)力特性比較接近時(shí)，連接體一般采用剛性連接，即兩端均與塔樓剛性連接。當(dāng)兩側(cè)塔樓動(dòng)力特性相差較大時(shí)，連接體多采用半剛性連接，連接體一般是一端剛接、一端滑動(dòng)或一端剛接、一端鉸接。當(dāng)兩側(cè)塔樓體型及剛度懸殊，動(dòng)力特性相差很大時(shí)，連接體可采用柔性連接，可大大減弱了連接體為兩側(cè)塔樓的影響，此時(shí)連接體一端滑動(dòng)、一端鉸接或兩端均為滑動(dòng)。對(duì)于連體結(jié)構(gòu)的滑動(dòng)連接點(diǎn)，需根據(jù)連接部位塔樓對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的罕遇地震下的位移量得出滑動(dòng)支座所需的滑動(dòng)位移量，并在支座處設(shè)置防跌落裝置[2-3]，確保連接體在經(jīng)歷罕遇地震作用時(shí)不致跌落，以防發(fā)生次生災(zāi)害。

1 某柔性連接連體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 工程概況

某連體結(jié)構(gòu)左側(cè)塔樓地上5層，建筑高度為20m，為框架結(jié)構(gòu)；右側(cè)塔樓地上21層，建筑高度84m，為框架-核心筒結(jié)構(gòu)。連接體兩側(cè)塔樓不對(duì)稱，動(dòng)力特性相差很大。本工程抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，丙類建筑。連接體位于框架結(jié)構(gòu)的頂部，跨度為20m，位于結(jié)構(gòu)頂部?jī)蓪樱c兩側(cè)塔樓的連接采用柔性連接，連接體采用方鋼管。研究表明，將滑動(dòng)支座設(shè)置在剛度較大一側(cè)的塔樓上比較有利，可以最大程度減少來(lái)自主樓的影響[4]。因此，設(shè)計(jì)上將連接體左端鉸接在多層，右端滑動(dòng)連接在高層。結(jié)構(gòu)YJK模型如圖1所示。

根據(jù)高規(guī)[5]，框架-核心筒中框架與核心筒的抗震等級(jí)均為二級(jí)，框架結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)為三級(jí)，與連接體相連的框架柱在本層及上下層抗震等級(jí)提高一級(jí)，連接體自身的抗震等級(jí)為三級(jí)。

圖1 結(jié)構(gòu)YJK模型

1.2 結(jié)構(gòu)布置

在YJK中連接體支座設(shè)置為鉸接較為容易，滑動(dòng)支座可通過(guò)YJK“前處理及計(jì)算”中的桿端釋放命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。

連接體主鋼梁（GL1）采用方鋼管，截面尺寸為400x900x20x30，材質(zhì)為Q355B。連接體樓板采用壓型鋼板組合樓板，樓承板型號(hào)為YX50-180-720，壓型鋼板的厚度為1.2mm，材質(zhì)為Q355B，樓板總厚度150mm，壓型鋼板沿X軸方向鋪設(shè)，連廊樓板配筋示意圖如圖2所示。為了增大連接體自身的平面內(nèi)剛度，連接體樓板板底滿布交叉水平支撐，如圖3所示。

圖2 連廊樓板配筋示意圖

圖3 五層～屋面層（六層）鋼連廊平面布置圖

塔樓配筋設(shè)計(jì)時(shí)，取整體模型和單塔模型包絡(luò)配筋設(shè)計(jì)。單塔模型中將連接體的荷載簡(jiǎn)化為集中荷載作用在對(duì)應(yīng)的牛腿上，并考慮支座偏心對(duì)梁的附加彎矩的作用。

1.3 施工要求

當(dāng)兩側(cè)塔樓施工完且混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%時(shí)再進(jìn)行吊裝。施工時(shí)應(yīng)驗(yàn)算壓型鋼板施工階段施工荷載，必要時(shí)可加臨時(shí)支撐。

2 柔性連接連接體支座設(shè)計(jì)

高規(guī)規(guī)定[4]，連接體滑動(dòng)連接與主體結(jié)構(gòu)時(shí)，支座滑移量應(yīng)能滿足兩個(gè)方向的罕遇地震作用下的位移要求，并應(yīng)采用時(shí)程分析方法進(jìn)行復(fù)核。時(shí)程分析結(jié)果表明罕遇地震作用下左側(cè)多層結(jié)構(gòu)連接體所處樓層最大的X、Y向的位移量分別為74mm、75mm，罕遇地震作用下右側(cè)高層結(jié)構(gòu)連接體所處樓層最大的X、Y向的位移量分別為41mm、51mm。綜上可知滑動(dòng)支座的位移量不超過(guò)91mm，且用樓層的最大位移量來(lái)衡量滑動(dòng)支座的滑動(dòng)量是偏于安全的。故設(shè)計(jì)上鋼連廊滑動(dòng)支座的允許水平位移量取100mm。按照抗規(guī)[6]，該結(jié)構(gòu)留有的最小防震縫寬度為140mm，大于鋼連廊滑動(dòng)支座的允許水平位移量，在設(shè)計(jì)中將防震縫取為150mm，從而來(lái)滿足連接體不致與右側(cè)高層相撞的要求。由設(shè)計(jì)結(jié)果可知，鋼連廊支座反力：Rv=660kN，Rh=75kN。

固定鉸支座和雙向滑動(dòng)鉸支座均采用成品抗震支座，應(yīng)由專業(yè)廠家設(shè)計(jì)制作安裝滿足《橋梁球型支座》（GB/T17955-2009）[7]的要求。支座與上下部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)場(chǎng)焊接連接，手工焊采用E43型焊條，CO2氣體保護(hù)焊采用

H08Mn2SiA焊絲，焊縫為坡口焊，焊縫質(zhì)量等級(jí)為二級(jí)焊縫。為了減小端部鋼筋混凝土梁的截面尺寸，同時(shí)保證建筑效果，支座端部鋼梁截面減小。鉸支座與雙向滑動(dòng)支座立面圖分別如圖4和圖5所示。支座安裝時(shí)，應(yīng)采取可靠的措施，確保支座安裝過(guò)程中的受力不超過(guò)支座的設(shè)計(jì)承載力。

圖4 固定鉸支座立面圖

圖5 雙向滑動(dòng)支座立面圖

在滑動(dòng)支座和鉸支座周圍均設(shè)置鋼筋混凝土防跌落擋板，以防連接體在罕遇地震作用下發(fā)生掉落，從而引發(fā)次生災(zāi)害。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)一邊采用滑動(dòng)連接一邊采用鉸接的某柔性連接的連體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。體主要受力構(gòu)件采用方鋼管，為便于施工，連接體樓板采用壓型鋼板組合樓板，為了增大連接體自身的平面內(nèi)剛度，連接體樓板板底滿布交叉水平支撐。根據(jù)連接體所在位置，采用時(shí)程分析法計(jì)算得出對(duì)應(yīng)樓層罕遇地震作用下的最大位移量，從而計(jì)算出滑動(dòng)支座所需的滑動(dòng)位移量，設(shè)計(jì)出合理的支座；同時(shí)在滑動(dòng)支座及鉸支座處均設(shè)置防跌落擋板，以防連接體在罕遇地震作用下發(fā)生掉落，對(duì)類似工程具有參考意義。