某柔性連接連體結構設計分析

姜 麗 郭海浩

（1.安徽工業職業技術學院， 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

隨著我國建筑業的發展，連體結構越來越多，逐漸成為公共建筑中一種常見的建筑體型。震害和試驗表明在強烈地震作用下，連接體破壞尤為嚴重[1]。連體結構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。當兩側塔樓動力特性比較接近時，連接體一般采用剛性連接，即兩端均與塔樓剛性連接。當兩側塔樓動力特性相差較大時，連接體多采用半剛性連接，連接體一般是一端剛接、一端滑動或一端剛接、一端鉸接。當兩側塔樓體型及剛度懸殊，動力特性相差很大時，連接體可采用柔性連接，可大大減弱了連接體為兩側塔樓的影響，此時連接體一端滑動、一端鉸接或兩端均為滑動。對于連體結構的滑動連接點，需根據連接部位塔樓對應節點的罕遇地震下的位移量得出滑動支座所需的滑動位移量，并在支座處設置防跌落裝置[2-3]，確保連接體在經歷罕遇地震作用時不致跌落，以防發生次生災害。

1 某柔性連接連體結構設計

1.1 工程概況

某連體結構左側塔樓地上5層，建筑高度為20m，為框架結構；右側塔樓地上21層，建筑高度84m，為框架-核心筒結構。連接體兩側塔樓不對稱，動力特性相差很大。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。連接體位于框架結構的頂部，跨度為20m，位于結構頂部兩層，與兩側塔樓的連接采用柔性連接，連接體采用方鋼管。研究表明，將滑動支座設置在剛度較大一側的塔樓上比較有利，可以最大程度減少來自主樓的影響[4]。因此，設計上將連接體左端鉸接在多層，右端滑動連接在高層。結構YJK模型如圖1所示。

根據高規[5]，框架-核心筒中框架與核心筒的抗震等級均為二級，框架結構的抗震等級為三級，與連接體相連的框架柱在本層及上下層抗震等級提高一級，連接體自身的抗震等級為三級。

圖1 結構YJK模型

1.2 結構布置

在YJK中連接體支座設置為鉸接較為容易，滑動支座可通過YJK“前處理及計算”中的桿端釋放命令來實現。

連接體主鋼梁（GL1）采用方鋼管，截面尺寸為400x900x20x30，材質為Q355B。連接體樓板采用壓型鋼板組合樓板，樓承板型號為YX50-180-720，壓型鋼板的厚度為1.2mm，材質為Q355B，樓板總厚度150mm，壓型鋼板沿X軸方向鋪設，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

塔樓配筋設計時，取整體模型和單塔模型包絡配筋設計。單塔模型中將連接體的荷載簡化為集中荷載作用在對應的牛腿上，并考慮支座偏心對梁的附加彎矩的作用。

1.3 施工要求

當兩側塔樓施工完且混凝土強度達到100%時再進行吊裝。施工時應驗算壓型鋼板施工階段施工荷載，必要時可加臨時支撐。

2 柔性連接連接體支座設計

高規規定[4]，連接體滑動連接與主體結構時，支座滑移量應能滿足兩個方向的罕遇地震作用下的位移要求，并應采用時程分析方法進行復核。時程分析結果表明罕遇地震作用下左側多層結構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高層結構連接體所處樓層最大的X、Y向的位移量分別為41mm、51mm。綜上可知滑動支座的位移量不超過91mm，且用樓層的最大位移量來衡量滑動支座的滑動量是偏于安全的。故設計上鋼連廊滑動支座的允許水平位移量取100mm。按照抗規[6]，該結構留有的最小防震縫寬度為140mm，大于鋼連廊滑動支座的允許水平位移量，在設計中將防震縫取為150mm，從而來滿足連接體不致與右側高層相撞的要求。由設計結果可知，鋼連廊支座反力：Rv=660kN，Rh=75kN。

固定鉸支座和雙向滑動鉸支座均采用成品抗震支座，應由專業廠家設計制作安裝滿足《橋梁球型支座》（GB/T17955-2009）[7]的要求。支座與上下部結構采用現場焊接連接，手工焊采用E43型焊條，CO2氣體保護焊采用

H08Mn2SiA焊絲，焊縫為坡口焊，焊縫質量等級為二級焊縫。為了減小端部鋼筋混凝土梁的截面尺寸，同時保證建筑效果，支座端部鋼梁截面減小。鉸支座與雙向滑動支座立面圖分別如圖4和圖5所示。支座安裝時，應采取可靠的措施，確保支座安裝過程中的受力不超過支座的設計承載力。

圖4 固定鉸支座立面圖

圖5 雙向滑動支座立面圖

在滑動支座和鉸支座周圍均設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生掉落，從而引發次生災害。

3 結語

本文對一邊采用滑動連接一邊采用鉸接的某柔性連接的連體結構的設計進行了介紹。體主要受力構件采用方鋼管，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剛度，連接體樓板板底滿布交叉水平支撐。根據連接體所在位置，采用時程分析法計算得出對應樓層罕遇地震作用下的最大位移量，從而計算出滑動支座所需的滑動位移量，設計出合理的支座；同時在滑動支座及鉸支座處均設置防跌落擋板，以防連接體在罕遇地震作用下發生掉落，對類似工程具有參考意義。