帶懸挑連廊連體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)研究及應(yīng)用

方 坤

中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司（430010）

0 前言

連體結(jié)構(gòu)主要是指兩個(gè)或多個(gè)塔樓之間帶有連接體的結(jié)構(gòu)，從形式角度來(lái)看，連體高層建筑結(jié)構(gòu)主要有連廊式、凱旋門式兩種形式。凱旋門被稱為門式高層結(jié)構(gòu)，連接體的寬度和塔樓結(jié)構(gòu)的寬度相近，兩個(gè)塔樓主體結(jié)構(gòu)普遍屬于對(duì)稱布置特征，如北京西客站的主站樓、上海凱旋門大廈均屬于凱旋門結(jié)構(gòu)形式。在遇到雙塔在體量方面存在較大差異或者是結(jié)構(gòu)形式存在不同的情況下，特別是多塔連體結(jié)構(gòu)普遍是采用傳統(tǒng)連體結(jié)構(gòu)，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的相互耦聯(lián)振動(dòng)或比較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，對(duì)抗震存在明顯的負(fù)面影響。對(duì)此，探討帶懸挑連廊連體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)研究及應(yīng)用具有顯著實(shí)用價(jià)值。

1 帶懸挑連廊連體結(jié)構(gòu)相關(guān)缺陷

帶懸挑連廊連體結(jié)構(gòu)屬于體型上大下小的豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，上部分的結(jié)構(gòu)質(zhì)量相對(duì)于下部分而言要大許多，其可以促使高振型的地震作用增大。懸挑結(jié)構(gòu)也會(huì)因?yàn)橘|(zhì)量提升而形成更大的偏心距，促使主體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)得到提升[1]研究顯示，懸挑結(jié)構(gòu)本身帶有明顯的豎向地震效應(yīng)，并且效應(yīng)會(huì)隨著懸挑尺寸的增加而增大，這也是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)[2]。對(duì)于這一問(wèn)題必須針對(duì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)做好優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 應(yīng)用案例

以某建筑結(jié)構(gòu)為例，該結(jié)構(gòu)主要是由3棟樓構(gòu)成，塔樓的主體屬于框剪結(jié)構(gòu)，抗震等級(jí)為框架二級(jí)、剪力墻二級(jí)及懸挑鋼桁架二級(jí)。懸挑鋼桁架的上、下弦桿型鋼均屬于主體結(jié)構(gòu)延伸2跨，其可以促使鋼桁架上、下弦桿內(nèi)力更加直接地傳遞到主體上，梁截面的形式采用型鋼混凝土梁，鋼桁架上、下弦所在的樓層均屬于鋼筋混凝土現(xiàn)澆筑體系，板層厚度200 mm。在根據(jù)振型分解反應(yīng)譜的抗震設(shè)計(jì)，可以構(gòu)建一個(gè)帶懸挑連廊連體結(jié)構(gòu)有限元模型，同時(shí)作結(jié)構(gòu)位移角、位移周期及承載力等參數(shù)的計(jì)算。

通過(guò)計(jì)算，位移角小于1/650。在受剪承載力方面，在懸挑桁架所在樓層的下一層結(jié)構(gòu)受剪承載力存在突變現(xiàn)象，所以在設(shè)計(jì)期間必須按照實(shí)際要求及相關(guān)規(guī)范對(duì)懸挑桁架所在的樓層、上下相鄰層強(qiáng)化抗震措施設(shè)計(jì)。在樓層側(cè)向剛度方面，按照高層混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程，針對(duì)框架、剪力墻與板柱、剪力墻結(jié)構(gòu)與框架、核心筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、樓層相鄰上層的側(cè)向剛度比進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果顯示：本層和相鄰上層的比值超過(guò)0.9，本層層高相對(duì)于上層層高為1.5倍時(shí)比值不低于1.1。對(duì)于結(jié)構(gòu)底部的嵌固層，比值應(yīng)當(dāng)在1.5以上，考慮層高修正的樓層側(cè)向比值算法，必須確保樓層剛度滿足相應(yīng)的規(guī)范限制要求。在地震彈性時(shí)程方面的分析，結(jié)構(gòu)本身帶有豎向體型收進(jìn)、懸挑結(jié)構(gòu)及連體結(jié)構(gòu)等特征，其屬于高層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范當(dāng)中比較復(fù)雜的一種高層建筑結(jié)構(gòu)，可以采用彈性時(shí)程分析的方式進(jìn)行補(bǔ)充，假設(shè)不同樓層的質(zhì)量集中在樓層位置，應(yīng)用分層模型、彈性多質(zhì)點(diǎn)體系，可以在體系結(jié)構(gòu)分析當(dāng)中加入地震波，得到結(jié)構(gòu)不同點(diǎn)的速度、位移及加速度的反應(yīng)，并通過(guò)位移反應(yīng)計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)基底剪力平均值超過(guò)振型分解反應(yīng)譜法的80%，部分層樓的層間剪力低于地震波對(duì)于平均層間剪力曲線。

3 結(jié)語(yǔ)

整層鋼桁架懸挑連廊的剛度相對(duì)比較大，可以促使懸挑樓層抗剪能力顯著提升。設(shè)計(jì)期間懸挑連廊所在的樓層和下部樓層的豎向構(gòu)件當(dāng)中設(shè)置型鋼柱或提升柱截面，可以有效降低過(guò)渡層抗剪承載力突變風(fēng)險(xiǎn)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)盡可能降低懸挑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，預(yù)防因?yàn)閼姨暨B廊的質(zhì)量過(guò)大而導(dǎo)致附加質(zhì)量偏心問(wèn)題的發(fā)生，從而導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)形成附加的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，降低懸挑連廊對(duì)于主體結(jié)構(gòu)的負(fù)面影響。