中國(guó)航信辦公區(qū)地上部分連體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王嘯，王洪領(lǐng)，張向榮，張震，姜孝林

（中國(guó)中元國(guó)際工程有限公司,北京 100089）

建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中國(guó)航信辦公區(qū)地上部分連體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王嘯，王洪領(lǐng)，張向榮，張震，姜孝林

（中國(guó)中元國(guó)際工程有限公司,北京 100089）

中國(guó)航信辦公區(qū)地上部分為連體結(jié)構(gòu)，由6棟塔樓通過5個(gè)高空連廊連接組成，房屋結(jié)構(gòu)高度39.0m。塔樓采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，高空連廊采用鋼結(jié)構(gòu)。連廊與塔樓采用滑動(dòng)支座連接，控制風(fēng)荷載下不滑動(dòng)，小震時(shí)開始滑動(dòng)，支座位移按大震控制。論文詳細(xì)介紹了塔樓及高空連廊部分的結(jié)構(gòu)選型，分析、設(shè)計(jì)要點(diǎn)，連接構(gòu)造及高空連廊安裝等關(guān)鍵技術(shù)，供類似工程參考。

連體結(jié)構(gòu);高空連廊;滑動(dòng)支座

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.001

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 工程概況

中國(guó)航信高科技產(chǎn)業(yè)園區(qū)項(xiàng)目位于北京市順義區(qū)后沙峪鎮(zhèn)，機(jī)場(chǎng)北線高速與天北路交界處。園區(qū)由生產(chǎn)區(qū)、辦公區(qū)及配套區(qū)組成，其中辦公區(qū)由總部辦公大樓、研發(fā)中心、結(jié)算中心及地下車庫組成。工程地下共3層，其中地下2層、3層局部設(shè)有六級(jí)甲類人防物資庫和五級(jí)甲類二等人員隱蔽所；地下1層為車庫、庫房、儲(chǔ)物間等設(shè)備用房；地上由6棟塔樓通過5個(gè)高空連廊連成一體，塔樓總高度均為39.0m，各層層高分別為F1層5.25m，F(xiàn)2～F9層4.2m；高空連廊位于8層、9層，連廊底標(biāo)高30.45m，頂標(biāo)高39.0m。塔樓平面尺寸均為58.8m× 25.2m，高度為39.0m，連廊1及連廊2（共4個(gè)）平面尺寸分別為50.4m×25.2m、33.6m×16.8m，高度均為8.55m。連廊與塔樓采用雙向滑動(dòng)支座連接。主要柱網(wǎng)尺寸為8.4m×8.4m。

1.2 自然條件

基本風(fēng)壓為0.45kN/m2,地面粗糙度類別為C類，基本雪壓為0.40kN/m2，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，抗震設(shè)防類別為丙類，場(chǎng)地類別為Ⅲ類，設(shè)計(jì)使用年限為50a。

2 結(jié)構(gòu)體系選擇

2.1 塔樓結(jié)構(gòu)體系

塔樓采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)(見圖1)，核心筒大量開洞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗扭剛度不足，在平面兩端利用窗間墻設(shè)置壁式框架提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。為了增加結(jié)構(gòu)的延性，在連廊支座處塔樓框架柱內(nèi)設(shè)型鋼，含鋼率控制在5%左右，承載力按中震彈性控制。

圖1 塔樓平面布置圖

2.2 高空連廊結(jié)構(gòu)體系

高空連廊采用鋼桁架+鋼梁+鋼筋桁架樓承板的結(jié)構(gòu)體系（見圖2），2層通高的鋼桁架支承在塔樓柱牛腿上，鋼梁支承在各榀桁架上。

塔樓及連廊主要構(gòu)件截面尺寸及材料強(qiáng)度見表1。

圖2 連廊平面布置圖

表1 塔樓及連廊主要構(gòu)件截面尺寸及材料強(qiáng)度

3 結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性

3.1 單體模型振動(dòng)特性

采用SATWE和SAP2000對(duì)塔樓及高空連廊進(jìn)行模態(tài)分析。在塔樓模型中，將連廊支座反力以集中力的形式施加到柱牛腿上；連廊模型中，支座水平約束采用彈簧模擬，彈簧剛度采用滑動(dòng)支座的水平等效剛度。滑動(dòng)支座的水平等效剛度包括兩部分：一部分是由于支座受到的豎向壓力分力而形成的水平恢復(fù)力；另一部分是摩擦力的分力。為了簡(jiǎn)化計(jì)算并使計(jì)算偏于安全，僅考慮第一部分所形成的水平剛度：

式中，W為支座受到的豎向壓力；R為支座盤面的曲率半徑。

分析結(jié)果表明：塔樓第1主振型為X向平動(dòng)，第2主振型為扭轉(zhuǎn)，第3主振型為Y向平動(dòng)，2個(gè)程序計(jì)算結(jié)果吻合性較好；高空連廊的主振型均為豎向振動(dòng)。

3.2 連體模型振動(dòng)特性

采用SAP2000對(duì)塔樓及連廊的連體模型進(jìn)行模態(tài)分析，滑動(dòng)支座采用LINK單元模擬，彈簧剛度取滑動(dòng)支座水平等效剛度。連體模型的主要振型與單體模型基本吻合，詳見表2。

表2 單體模型及連體模型振動(dòng)特性

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

4.1 多遇地震作用下的反應(yīng)譜分析

采用SATWE和SAP2000對(duì)塔樓單體模型進(jìn)行多遇地震作用下的反應(yīng)譜分析，采用SAP2000對(duì)連體模型進(jìn)行多遇地震作用下的反應(yīng)譜分析，水平地震影響系數(shù)最大值αmax=0.16，考慮扭轉(zhuǎn)藕聯(lián)振動(dòng)的影響。兩個(gè)程序計(jì)算結(jié)果相近，結(jié)構(gòu)的剛度、位移、位移比等指標(biāo)均在規(guī)范限值之內(nèi)。

4.2 彈性動(dòng)力時(shí)程分析

采用SAP2000對(duì)連體模型進(jìn)行了多遇地震作用下的彈性動(dòng)力時(shí)程分析，選取二組實(shí)際地震記錄（EL-Centro、Taft）和一組人工模擬的加速度時(shí)程曲線（User1），加速度時(shí)程曲線最大值為70cm/s2。結(jié)果表明，塔樓的基底剪力在兩個(gè)方向均與反應(yīng)譜法的結(jié)果接近；豎向地震作用下連廊支座反力計(jì)算結(jié)果表明，按10%重力荷載代表值計(jì)算豎向地震作用并不能保證結(jié)構(gòu)的安全性，尚應(yīng)采用連體模型按時(shí)程分析法進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估。

4.3 動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析

采用三維彈塑性動(dòng)力分析軟件SAUSAGE,對(duì)塔樓進(jìn)行了罕遇地震作用下的動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析。時(shí)程波采用EL-Centro波、Taft波及人工波（User1）。計(jì)算最大層間位移角1/175，最大頂點(diǎn)位移176mm，結(jié)構(gòu)能滿足大震不倒的性能目標(biāo)，滑動(dòng)支座位移限值采用±200mm能滿足要求。

4.4 連廊溫度作用分析

采用SAP2000對(duì)連廊單體模型施加溫度荷載，考察升溫和降溫對(duì)連廊鋼結(jié)構(gòu)及樓板的影響。溫度荷載考慮±30℃，通過對(duì)彈性模量進(jìn)行折減（0.3E）考慮混凝土收縮、徐變的影響。連廊支座水平約束按彈簧模擬，彈簧剛度根據(jù)滑動(dòng)支座水平等效剛度確定。結(jié)果表明：升溫時(shí)，樓板均勻受壓（最大應(yīng)力2.75MPa），桁架端部豎腹桿受拉，其他桿件受壓，除邊跨外，斜腹桿受力很?。唤禍貢r(shí)，樓板均勻受拉（最大應(yīng)力2.75MPa），桁架端部豎腹桿受壓，其他桿件受拉，除邊跨外，斜腹桿受力很小。設(shè)計(jì)時(shí)按（1.2恒+1.4活+1.0溫）考慮荷載組合，樓板采用雙層雙向配筋。

5 關(guān)鍵構(gòu)件抗震性能目標(biāo)及主要設(shè)計(jì)結(jié)果

5.1 關(guān)鍵構(gòu)件抗震性能目標(biāo)

塔樓配筋按單體模型計(jì)算結(jié)果確定，采用連體模型復(fù)核壁式框架柱及連廊支座處框架柱的承載力及變形，高空連廊按連體模型計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)，關(guān)鍵構(gòu)件抗震性能目標(biāo)見表3。

表3 抗震性能目標(biāo)

5.2 主要設(shè)計(jì)結(jié)果

連廊支座處框架柱內(nèi)設(shè)置鋼骨，鋼骨柱含鋼率控制在5%左右，經(jīng)驗(yàn)算，承載力能滿足設(shè)定性能目標(biāo)的要求。連廊桁架按中震彈性驗(yàn)算，桿件最大應(yīng)力比為0.976（端部斜腹桿），桁架中部桿件應(yīng)力較小，桿件截面按構(gòu)造控制。

6 滑動(dòng)支座設(shè)計(jì)參數(shù)

連廊與塔樓之間采用滑動(dòng)支座連接，支座構(gòu)造分4層，共3個(gè)滑動(dòng)面，采用鑲嵌MHP（改性超高分子量聚四氟乙烯板）作為滑動(dòng)材料，支座具有豎向壓力作用下的自動(dòng)回位功能。設(shè)計(jì)時(shí)控制支座在風(fēng)荷載下不滑動(dòng)，小震下開始工作，起到隔離塔樓與連廊間水平地震力的作用；支座的最大位移能力及豎向極限承載能力根據(jù)罕遇地震作用下動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析確定，具體參數(shù)見表4。

表4 滑動(dòng)支座設(shè)計(jì)參數(shù)

7 人行激勵(lì)下連廊舒適度驗(yàn)算

單獨(dú)取連廊模型進(jìn)行模態(tài)分析，連廊的豎向自振周期T=0.39s，fn=2.56Hz。采用Midas-gen軟件對(duì)連廊進(jìn)行人行激勵(lì)下的樓板加速度反應(yīng)分析，單步行走荷載采用Baumann時(shí)程曲線，連續(xù)行走荷載采用國(guó)際橋梁及結(jié)構(gòu)工程協(xié)會(huì)（IABSE）推薦的時(shí)程曲線，步行速率取0.9m/s，步距取70cm。結(jié)果表明，連廊在人行激勵(lì)下的最大加速度值為0.019m/s2，滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（JGJ3—2010）[1]及文獻(xiàn)[2]中對(duì)樓蓋豎向振動(dòng)加速度的限值要求。

8 高空連廊安裝

8.1 安裝方案

由于連廊體量龐大，采用常規(guī)方式安裝無法滿足要求。經(jīng)方案比選，最終采用利用主體結(jié)構(gòu)作為支撐點(diǎn)，對(duì)連廊結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體提升，對(duì)局部小件散拼的方案。

8.2 吊裝驗(yàn)算

采用SAP2000對(duì)連廊吊裝過程進(jìn)行了全過程模擬，保證在吊裝過程中結(jié)構(gòu)的安全性；吊裝過程中桿件最大應(yīng)力比在0.8左右，提升架最大應(yīng)力在244MPa左右。

9 結(jié)語

中國(guó)航信辦公區(qū)地上部分為多塔連體結(jié)構(gòu)，運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的思路確定塔樓與連廊的連接方案。采用滑動(dòng)連接隔離塔樓與連廊之間的水平地震作用效應(yīng)，結(jié)構(gòu)概念清晰。對(duì)單體模型和連體模型的動(dòng)力特性及地震反應(yīng)進(jìn)行了研究，驗(yàn)證了采用滑動(dòng)連接方案的可行性。以下為本工程的幾點(diǎn)結(jié)論及建議：

1）采用滑動(dòng)支座連接的連體結(jié)構(gòu)，塔樓需具備足夠的抗側(cè)剛度及扭轉(zhuǎn)剛度。剛度不足時(shí)可采用壁式框架予以加強(qiáng)，壁式框架的承載力宜按中震彈性或中震不屈服控制。

2）滑動(dòng)支座可有效隔離塔樓和連廊之間的水平地震作用效應(yīng)，但無法隔離豎向地震作用效應(yīng)。

3）設(shè)置滑動(dòng)支座后，塔樓可采用單體模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，連廊的豎向地震作用宜采用連體模型通過時(shí)程分析法確定。

4）連廊按單體模型設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)豎向地震作用進(jìn)行放大，放大系數(shù)可取塔樓對(duì)高空連廊的地震作用傳遞系數(shù)。

5）滑動(dòng)支座豎向承載力及位移限值應(yīng)按彈塑性分析方法確定。

6）高空連廊安裝可采用結(jié)構(gòu)整體提升、局部小件散拼的方案。

【1】JGJ3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

【2】徐培福，傅學(xué)怡，王翠坤，等.復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

Connection Structure Design on the Over Ground Part of TRAVEL SKYOffice Area

WANG Xiao,WANGHong-ling,ZHANGXiang-rong,ZHANG Zhen,JIANG Xiao-lin
（ChinaIPPRInternationalEngineeringCorporation,Beijing 100089,China）

Structure of the over ground part of TRAVEL SKYOffice area consists six individual towerswith five sky bridges connecting themtogether.The highest point ofstructure isat 39.0m.Structure type ofall the towersare all concrete frame shearwall and that of all the sky bridges are taken steel truss. The towers and sky bridges are connected with sliding supports. The supports are designed to keep static with wind load, and start to move under frequent earthquake. The sliding tolerates of the supports are designed to resist maximum earthquake. Structure type comparison&selection of all the towers and sky bridges are well illustrated in this paper. Also calculation and analysis, key pointsofdesign,connectiondetailsandinstallationofskybridgesareintroducedtoprovidereferencetosimilarprojects.

connectionstructure;skybridge;slidingsupport

TU398+.2

B

1007-9467（2016）09-0023-03

2016-03-11

王嘯（1980～），男，湖北仙桃人，高級(jí)工程師，從事結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)與研究，（電子信箱）wangxiao@ippr.net。