蘇州元和塘橋塔樓工程連體結構設計

李遠建

（CCDI悉地（蘇州）勘察設計顧問有限公司，江蘇 蘇州 215000）

蘇州元和塘橋塔樓工程連體結構設計

李遠建

（CCDI悉地（蘇州）勘察設計顧問有限公司，江蘇 蘇州 215000）

兩幢或幾幢建筑之間由架空連接體相互連接，以滿足建筑造型及使用功能的要求。連體結構因為通過連接體將不同結構連在一起，體型比一般結構復雜，因此連體結構的受力比一般單體結構或多塔樓結構更復雜。結合實際工程對該類結構設計中應注意的要點進行探討。

連體結構；強連接；弱連接；連接體支座

1　工程概況

本工程位于江蘇省蘇州市相城區(qū)華元西路。由四座體型，平面和剛度完全相同的獨立單體塔樓通過連廊和鋼天橋分別在15.600和20.100標高（本工程+0.000=8.400八五國家高程）處兩兩相連組成。單塔樓結構層數地上七層，地下一層，突出屋面小塔樓二層。結構計算高度?？偨ㄖ娣e。根據建筑功能本工程分為A樓和B樓，A樓，B樓分別由河每側兩個塔樓（間距）在15.600高度處通過連廊連成一個整體。同時A，B樓又在20.100標高處通過兩座鋼天橋連接在一起。A，B樓隔河相距。由于裝飾要求每座塔樓頂部有二層鋼結構構架突出屋面。

整體建筑是由完全相同的四座主體塔樓通過四個連接體兩兩相連，構成多塔連體建筑，見圖1。

2　結構方案

本工程根據建筑布置，四個分塔抗側力體系采用剪力墻（帶端柱）結構。

本案中的鋼結構人行通廊為架空式連廊形式(弱連接),跨度48m,寬度3.5m,高度3m。本案中的過街樓為鋼筋混凝土結構連接體(強連接),跨度25.6m,寬度與兩側主塔同寬9.9m,高4.5m。本案中包含了兩類連接體結構，且在不同方向，不同高度和不同大跨度連接成整體，其整體受力較復雜性。

首先，相比其它體型結構，連體結構扭轉振動變形較大，扭轉效應較明顯，應引起重視。連接體部份是連體結構的關鍵部位，其受力較復雜。其次，連接體部份一方面要協(xié)調兩側結構的變形，在水平荷載作用下承受較大內力；另一方面當本身跨度較大時，除豎向荷載作用外，豎向地震作用影響也較明顯。最后，連接體結構與兩側塔樓的支座連接是連體結構的另一關鍵問題，如處理不當結構安全將難以保證。

（1）《高規(guī)》JGJ3-2010第10.5.4條：連接體結構與主體結構宜采用剛性連接。剛性連接時連體結構的主要構件應至少伸入主體結構一跨并可靠連接；必要時可延伸至主體部分的內筒，并與內筒可靠連接。本工程過街樓連接體采用4根600× 1500預應力鋼筋混凝土梁跨度25.6米作為連接體的樓，屋面支承梁與兩端塔體連接。樓，屋面板厚均為160mm。連接體與塔樓結構整體協(xié)調，共同受力，此時連接體除承受重力荷載外，更主要的是要協(xié)調連接體兩端的變形及振動所產生的作用效應。

（2）鋼結構人行通廊跨度達48m，連接體結構較弱，無法協(xié)調連接體兩側的結構共同工作，故連接體結構與主體結構采用一端鉸接，另一端做成滑動支座，此時應重點考慮滑動支座的做法，限復位裝置的構造，并要求預計支座滑移量應能滿足兩個方向在罕遇地震作用下的位移要求。并應采取防墜落，撞擊措施。罕遇地震作用下的位移要求，應采用時程分析方法進行計算復核。（本工程48m跨連廊采用鋼桁架結構，在罕遇地震作用下位移量最大值為73×2=146mm，選用盆式橡膠支座允許位移200mm，滿足要求。）

無論是強連接還是弱連接方式，連體結構均是通過連接體將不同結構連在一起，體型比一般結構復雜，因此連體結構受力比一般單體結構或多塔結構更復雜，其變形及受力具有如下特點：連體結構自振振型較為復雜，前幾個振型與單體建筑有明顯不同，除順向振型外，還出現反向振型，因此要進行詳細的計算分析；連體結構總體為一開口薄壁構件，扭轉性能較差，扭轉振型豐富，當第一扭轉頻率與場地卓越頻率接近時，容易引起較大的扭轉反應，易使結構發(fā)生脆性破壞。連體結構中部剛度小，而此部位混凝土強度等級如果低于下部結構，從而使結構薄弱部位由結構的底部轉為連體結構中塔樓的中下部，這是連體結構設計時應注意的問題。

（3）連接體部位的確定：根據建筑功能的分區(qū)，本案橋兩端的兩個單塔由一跨度25.6m的單層建筑在15.6m處連成一體，分別稱為A塔樓，B塔樓。而A，B兩塔樓之間在21m處由跨度達48m的架空連廊弱性連接的連體結構。

（4）A，B塔樓結構體系的確定：整個結構類似一個巨大的“門框”,連接體在結構的頂部與兩側“門柱”（兩側結構）連接成整體樓層，連接體的寬度與兩側“門柱”的寬度相等，兩側“門柱”結構平面形式對稱，具有的體型，平面和剛度。連體部分具有足夠的剛度，可協(xié)調兩側結構的受力，變形，使整個結構共同工作，故可做成強連接。兩端均為剛接。

（5）A與B樓之間（鋼結構架空連廊式連接體）結構體系的確定：由于其跨度很大，且自身剛度較弱不能協(xié)調A，B樓的結構受力和變形，故做成弱連接，即一端與結構鉸接，一端做成滑動支座，或兩端均做成滑動支座。本工程滑動支座采用橋梁上常用的盆式橡膠支座，該支座除能允許一定位移外還具有復位功能。

3　設計要點

本工程屬連體建筑。根據《高規(guī)》：連體建筑結構屬復雜結構。本工程為六度設防，且只具有一項豎向不規(guī)則。根據《江蘇省房屋建筑工程抗震設防審查細則》關于超限建筑的認定，本工程不附合房屋結構特別不規(guī)則中有關超限規(guī)定，故不屬超限建筑。但應為復雜結構。解決措施:

根據《高范》規(guī)定，連體結構各獨立部分宜有相同或相近的體型，平面和剛度。宜采用雙軸對稱的平面形式。本工程四個獨立塔樓是完全相同，且結構抗側力構件的布置也均勻雙向對稱。同時本工程采用兩個不同的三維空間有限元計算程序進行結構分析，并結合彈性時程分析，必要時結合彈塑性靜力或動力分析，對結構的薄弱層或薄弱部位有針對性地采取加強措施。

采用PKPM結構計算軟件對各單體進行整體抗震驗算（見圖2）。對突出屋面的局部塔樓層當作普通樓層輸入，并對地震作用乘以放大系數。

圖2　整體計算模型

由于公路橋涵結構的設計基準期為100a，為取得兩者的統(tǒng)一且能夠在現有結構計算軟件中體現，本工程采取以下措施：（1）結構重要性系數取1.1，以考慮可變荷載設計使用年限100a的增大系數。（2）雪荷載，風荷載按設計基準期100a取值0.45kN/m2，0.5kN/m2。（3）本工程抗震設防類別按乙類，通過提高抗震措施作為處理設計使用年限為100a的抗震設計。

剛性連接體樓板應進行受剪截面和承載力驗算。同時補充分塔模型計算分析。

本工程A，B塔樓由兩個完全相同的小塔樓通過強連接形成一個整體為扭轉不規(guī)則結構而同時又滿足扭轉不規(guī)則強制控制指標（突破規(guī)范時Uma/U＜1.8，T他/T＜0.95）,故采用性能目標C級來進行結構抗震設計。C級性能目標：（1）在彈性反應譜小震作用下，滿足性能水準1的要求，結構處于彈性狀態(tài)，取單向偶然偏心或雙向地震作用最不利情況組合重力荷載效應，構件承載力和最大位移滿足現行規(guī)范要求。（2）在彈性反應譜中震作用下，滿足性能水準2的要求，結構基本處于彈性狀態(tài)，即不考慮地震作用下內力調整，計入荷載，地震作用分項系數和抗震承載力調整系數，取單向偶然偏心或雙向地震作用最不利情況組合重力荷載效應，取材料設計強度計算構件承載力滿足組合效應要求，計算最大位移滿足與扭轉不規(guī)則指標突破程度相適應的加嚴的限值要求。（3）在動力或靜力彈塑性大震作用下，組合重力荷載效應，滿足性能水準3的要求，結構少數薄弱部位允許達到屈服階段，整體結構還需具備一定的剛度，計算彈塑性平均層間位移控制在規(guī)范對現行規(guī)范對各類結構彈塑性層間位移角限值加嚴一倍的范圍內?；谛阅芸拐鹪O計，有利于《建筑抗震設計規(guī)范》抗震設防三目標在復雜不規(guī)則建筑結構中得到更加具體量化的控制與實施。通過小震，中震作用承載力，位移效應雙控，提高了結構剛度，提高了結構總體承載能力，再通過抗震構造措施，由于扭轉不規(guī)則帶來的各種不利影響，應可基本受到控制，可基本實現大震作用下結構只受到少量破壞的C級抗震設防目標。

蘇州地區(qū)屬地震相對穩(wěn)定區(qū)域，本區(qū)基底巖性較弱，具柔性，很難具備大震活動的巖石條件，地層可塑性強，破裂變形弱，能量易釋放而不易孕育大震。因此本工程考慮罕遇地震時按中震不屈服。

除了采用兩套程序進行整體結構計算分析外，另外對結構進行水平地震作用彈性動力時程分析計算。

本工程關鍵部位為連接體部份，對該部份主要受力構件預應力梁采用按中震計算。

TU31

B

1009-7716（2016）11-0141-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.11.040

2016-06-20

李遠建（1965-），男，江蘇蘇州人，高級工程師，從事結構設計工作。