某辦公樓連廊結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計

隨著建筑功能的不斷提高、建筑造型的日益豐富，為了滿足建筑各部分間的聯(lián)系和使用要求，建筑各部分間常常會設(shè)置連廊，這是目前建筑中常用的一種建筑結(jié)構(gòu)形式。連廊的安全性和穩(wěn)定性在結(jié)構(gòu)設(shè)計中顯得尤為重要。因鋼結(jié)構(gòu)具有強度高、重量輕、塑性韌性好、制造簡便、施工工期短等優(yōu)點，連廊大多采用鋼結(jié)構(gòu)形式。本文以實際設(shè)計工作中的某典型鋼結(jié)構(gòu)連廊設(shè)計為例，淺談鋼結(jié)構(gòu)連廊的設(shè)計體會。

工程概況

該工程位于江蘇省揚州市寶應(yīng)縣，由南樓、北樓和中庭3部分組成，各部分通過設(shè)縫分開。南樓部分無地下室，地上5層，建筑高度22.62m。北樓部分局部地下一層，地上7層，建筑高度31.05m。中庭部分無地下室，地上2層，建筑高度16.35m。南樓與北樓在二、三層設(shè)置連廊相互連接，連廊的跨度為21.6m。

建筑主體采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)安全等級為二級，結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年?？拐鹪O(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本加速度值為0.05g，設(shè)計地震分組為第3組，建筑場地類別為Ⅲ類，設(shè)計特征周期為0.65s。

圖1 簡直鋼梁（方案A）

圖2 空腹桁架（方案B）

圖3 方案A撓度示意圖

圖4 方案B撓度示意圖

連廊寬度為2m，跨度為21.6m。連廊樓面采用壓型鋼板組合樓板，厚度為110mm。為了更好的滿足建筑美觀、使用的需求，連廊初選方案采用簡支鋼梁和空腹桁架兩種，分別對應(yīng)方案A（圖1）和方案B（圖2）。方案A即是各樓層的連接均采用兩個簡支鋼梁。方案B即是采用兩片桁架，桁架高度與建筑層高相同。桁架弦桿和豎向腹桿均采用焊接H型鋼。

連廊與主體間的連接方式主要有剛性連接[1]和柔性連接[2]兩種類型，本工程采用一端固定鉸支座、一端單向滑動支座的柔性連接方式[3][4]。此種方式可有效解決兩側(cè)建筑變形不同步的問題，并減小兩側(cè)建筑物因連廊而產(chǎn)生的地震偶聯(lián)效應(yīng)。上述支座均采用抗震成品球型鋼支座，連廊與支座、支座與主體預(yù)埋件間采用焊接的連接方式。

結(jié)構(gòu)分析設(shè)計

舒適度分析

連廊建筑功能為人行天橋，由于結(jié)構(gòu)體系較柔，在設(shè)計中不但需要對結(jié)構(gòu)的剛度、強度進行有效控制，還需要對連廊的舒適度進行分析。舒適度一般通過撓度、自振頻率和振動加速度峰值進行評價。

1.撓度分析

方案A受力后變形為簡單的簡支梁變形模式（圖3），跨中最大撓度值為67.6mm，不滿足現(xiàn)行規(guī)范限定的撓度要求，鋼梁加工制作時應(yīng)預(yù)起拱。

方案B受力后變形（圖4），模式與簡支梁相似，跨中最大撓度值為39.2mm，能滿足現(xiàn)行規(guī)范限定的撓度要求，相較于方案A整體剛度較好。

2.自振頻率和振動加速度峰值分析

現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》明確了對混凝土樓蓋豎向自振頻率的限值要求[5]，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》也明確了樓蓋豎向自振頻率和豎向振動加速度峰值的限值要求[1]。依據(jù)整體計算結(jié)果，根據(jù)文獻[1]附錄A進行計算，方案A的自振頻率為3.08Hz，豎向振動加速度峰值為0.065g，方案B的自振頻率為3.71Hz，豎向振動加速度峰值為0.052g，均能滿足現(xiàn)行規(guī)范的限值規(guī)定。

支座設(shè)計

方案A與方案B的支座受力情況如表1所示。

方案A所有支座在各樓層沿X軸方向未產(chǎn)生力，在各樓層沿Z軸方向產(chǎn)生均勻的壓力。方案B固定鉸支座端沿X軸方向在三層頂產(chǎn)生拉力，在二層頂未產(chǎn)生力，在一層頂產(chǎn)生壓力。沿Z軸方向，方案B所有支座在二層頂產(chǎn)生較大的壓力，在一層頂和三層頂產(chǎn)生相對較小的壓力，支座壓力沿樓層分布不均勻。

連廊位移控制值是根據(jù)南樓、北樓各單體及帶連廊的整體模型計算罕遇地震作用下的位移，取包絡(luò)值進行設(shè)計。經(jīng)計算確定滑動鉸支座處相對最大位移約為75mm。

表1 支座受力設(shè)計值（kN）

表2 主要構(gòu)件截面和用鋼量對比

依據(jù)支座受力及位移，采用抗震成品球型鋼支座（GQZ 1000-GDφ0.02和GQZ 1000-DX ±100φ0.02）能夠保證連廊兩種結(jié)構(gòu)方案的支座在小震下保持彈性工作狀態(tài)，并能滿足支座在大震下的位移要求。

用鋼量對比

方案A與方案B的主要構(gòu)件截面和用鋼量對比如表2所示。

方案B相較于方案A大概節(jié)約25%的用鋼量，具有較好的經(jīng)濟性。

綜合上述幾點分析可知，從結(jié)構(gòu)合理性方面考慮，方案B優(yōu)于方案A。但在實際工程實踐中，考慮到方案A工程量相對較小，便于加工制作及現(xiàn)場安裝，并能夠更好地滿足建筑師對建筑外觀及空間的要求，所以，該工程實施最終選擇了方案A。

結(jié)論

通過對該鋼連廊的設(shè)計介紹，總結(jié)了以下連廊設(shè)計中的設(shè)計要點：

（1）一般說來，連廊兩端的連接方式很多，具體采用哪種取決于連廊的跨度、剛度、豎向位置等諸多因素。確定連廊的連接方式是連廊結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵。

（2）當(dāng)連廊跨度相對較小時，方案A受力簡單明確，易于加工制作及安裝，適用性比較強。當(dāng)連廊跨度相對較大時，綜合比較，方案B優(yōu)勢較大。