晟通連體超高層節點性能分析

李鵬

（湖南省建筑設計院集團股份有限公司，長沙 410011）

1 工程概況

晟通梅溪湖國際總部中心二期項目位于長沙市。主要功能為商業及公寓，兩棟超高層高度分別為249.4 m和199.4 m，兩棟樓在154.4～163.4 m高度處通過3層樓蓋連接形成連體結構，圖1所示為兩棟超高層建筑剖面圖。

圖1 兩棟超高層建筑剖面圖

2 結構體系

本工程地上部分裙房采用鋼筋混凝土框架結構，兩棟超高層均采用鋼筋混凝土框架-核心筒-伸臂桁架結構。本工程A塔高度為249.4 m，高寬比為7.13，核心筒高寬比為23.09；B塔高度為199.4 m，高寬比為6.43，核心筒高寬比為19.17。核心筒高寬比均較大，單棟結構抗側剛度較弱，獨立的單棟建筑均需設置3～4道加強層，結構層間位移角及剛重比才滿足現有規范要求。通過設置連體結構，兩棟塔樓核心筒正交布置（見圖2），可相互提供弱軸方向的側向剛度。

圖2 連體層布置圖

3 連接體分析

連接體對連體超高層建筑尤為重要，本工程對連接體在風荷載作用下和設防烈度為6度的地震力作用下的結構抗側力性能進行了分析計算。整體結構的計算結果表明，連接體可以滿足GB 50009—2012《建筑結構荷載規范》[1]，也可以滿足GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》（2016年版）[2]設定的C級抗震性能目標。對連體超高層進行大震工況下的計算分析分析了連接體的變形情況。圖3b給出了大震下連接體節點的豎向位移時程曲線，由圖3c和圖3d可知，大震下連接體兩側位移基本一致，表明連接體能夠可靠地連接兩棟建筑，并有效地傳遞水平力。連體結構在大震下，仍然可以保持連接狀態兩塔可以協同工作，共同抵抗水平荷載。

圖3 大震下連接體位移時程曲線圖

4 關鍵節點分析

節點可靠是構件之間傳力的基本保證，按照JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結構技術規程》[3]的要求，對本工程中的關鍵節點：角部伸臂桁架、連接體與框架柱的連接節點進行有限元分析，連接體桁架節點有限元模型如圖4所示。

圖4 連接體桁架節點有限元模型

4.1 分析模型

本工程采用Midas FEA通用有限元程序對上述節點進行分析。鋼骨與混凝土均采用實體單元，混凝土與鋼骨共用節點，以保證兩者變形協調。外框柱的縱筋采用實體單元中的鋼筋模擬，用戶定義鋼筋線，通過前處理過程鋼筋線與母單元產生交點將鋼筋線自動分割成鋼筋段，鋼筋段的坐標點信息將用于計算添加在母單元上的鋼筋的剛度和內力。

4.2 材料模型

鋼材擬采用Q345B，屈服強度標準值取為345MPa，彈性模量取2.06×105MPa，采用雙線性隨動強化模型，強化段彈性模量取2.06×103MPa[4]。鋼材所采用的應力應變曲線如圖5a所示。混凝土強度等級為C60，抗壓抗拉強度采用GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》[5]（2015年版）中的規定，混凝土單軸受壓應力應變曲線采用GB 50010—2010規定公式，但不考慮下降段采用平直線替代。混凝土所采用的應力應變曲線如圖5b所示。

圖5 材料模型

4.3 邊界條件及荷載

采用簡化的邊界約束方式，外框柱的下底端采用鉸接約束，頂部約束水平平動。其他構件截面端施加荷載；根據PKPM-SAUSAGE大震動力彈塑性時程分析過程得到的各構件最大內力，施加到相應的構件截面上。

4.4 有限元分析結果

大震作用下節點鋼骨的Von Mises應力云圖如圖6a所示，鋼骨最大Von Mises應力為174.6 MPa，最大應力出現在斜撐與節點板的交接位置。鋼骨總體應力水平均在Q345屈服強度標準值取為345 MPa以下，說明節點區域能較好地分散應力傳遞，緩解應力集中。

節點區域混凝土第一主應力云圖如圖6b所示。混凝土最大主壓應力為26.9 MPa，未出現混凝土壓碎現象。

外框柱內縱筋的軸向應力云圖如圖6c所示。最大軸向應力為271.8 MPa，未出現鋼筋屈服現象。

節點有限元分析表明：（1）混凝土在大震作用下未出現拉裂，未出現壓碎；（2）鋼骨在大震作用下未屈服，主體保持為彈性工作狀態，且有很大的富余度；（3）外框柱內縱筋未屈服。從整個節點受力性能來看，節點設計符合抗震性能設計目標。

5 結語

隨著國內超高層建設和設計水平的不斷發展，連體超高層越來越多地出現在大型商業綜合體中，而剛性連接是較為推薦的一種連體方式。通過在晟通梅溪湖總部連體超高層建筑整體分析的基礎上進行了節點有限元分析。分析結果表明，本工程所采用的型鋼鋼骨混凝土節點在大震彈塑性工況內力作用下，型鋼鋼骨、混凝土和鋼筋均未出現破壞，并有一定的富余，連接體采用這種節點形式是安全可靠的。