帶連廊高層剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)探究

張明

（山東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司泰安分院，山東泰安271000）

1 引言

連廊不僅能提升建筑的美觀性，使建筑立面造型更加新穎突出，還有較好的采光性和較寬闊的視野，因此，逐漸受到人們的歡迎。而在對連廊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要確保建筑的抗震性能，給建筑建構(gòu)的設(shè)計(jì)帶來了很大的挑戰(zhàn)。

2 剪力墻概論

剪力墻又被稱為結(jié)構(gòu)墻、抗震墻、抗風(fēng)墻，分為筒體剪力墻和平面剪力墻。筒體剪力墻主要應(yīng)用于高聳結(jié)構(gòu)、高層建筑以及懸吊結(jié)構(gòu)，由樓梯間、電梯間、輔助用房和相關(guān)設(shè)備間隔墻組成。筒體剪力墻的筒體材料為鋼筋混凝土，相比于平面剪力墻，其能夠承受更大的水平荷載。平面剪力墻主要用于無梁樓蓋、升板結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，能夠有效提升相應(yīng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，提高結(jié)構(gòu)抗倒塌能力。在某些結(jié)構(gòu)中，通過現(xiàn)場澆筑或者預(yù)制構(gòu)件的形式建設(shè)鋼筋混凝土剪力墻。以現(xiàn)澆形式建設(shè)剪力墻時(shí)，需要同周邊柱、梁一同澆筑，以確保房屋結(jié)構(gòu)整體性。

3 連廊部位彈性分析與設(shè)計(jì)方法

3.1 小震彈性分析

對剪力墻進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，通常選擇小震彈性分析，采取振型分解反應(yīng)譜法，計(jì)算出連廊兩側(cè)梁板配筋，在設(shè)計(jì)時(shí)需相應(yīng)加強(qiáng)連廊板設(shè)計(jì)，選用的連廊板厚度為500㎜，配筋需要按照板厚最小的配筋率進(jìn)行設(shè)置[1]。

3.2 中震彈性設(shè)計(jì)

中震彈性設(shè)計(jì)主要是對某些連廊結(jié)構(gòu)的超限情況進(jìn)行測試，在抗震設(shè)計(jì)中采用中震彈性設(shè)計(jì)加以補(bǔ)充計(jì)算，也是采用振型分解反應(yīng)譜法，通過把地震作用加速度的峰值提升至中度震動(dòng)水平，相當(dāng)于小震的2.9倍，把連廊板設(shè)置為彈性板計(jì)算有限元，計(jì)算出在中震作用下彈性板應(yīng)變結(jié)果。通過分析混凝土拉應(yīng)力確定樓板開裂情況。

4 動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析方式

對于超限結(jié)構(gòu)，需進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)彈塑性抗震分析，通過時(shí)程分析方式加載地震波，獲取結(jié)構(gòu)在受到地震作用影響時(shí)由靜止?fàn)顟B(tài)到發(fā)生最大變形的形態(tài)信息，對全過程進(jìn)行觀察，從而了解建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)存在的地震效應(yīng)，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行大震作用下的彈塑性分析，能夠準(zhǔn)確模擬出柱、梁、支撐、樓板、剪力墻等各個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的非線性性能，更加清晰地分析出結(jié)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件在彈塑性時(shí)期所產(chǎn)生的地震響應(yīng)及損失情況。時(shí)程分析法是對結(jié)構(gòu)物運(yùn)動(dòng)的微分方程進(jìn)行逐步積分求解的方法。通過時(shí)程分析能夠得到各質(zhì)點(diǎn)隨著時(shí)間變化的位移、速度和加速度反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件內(nèi)力和變形的時(shí)程變化計(jì)算，時(shí)程分析法是當(dāng)今階段對結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震反應(yīng)相關(guān)分析較為有效、完善、可行的方法。其特點(diǎn)主要表現(xiàn)為3個(gè)方面：（1）具有動(dòng)力時(shí)效特征，在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，直接利用儀器將模擬地震波傳輸至相應(yīng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行時(shí)效性分析，能夠較為清晰、直接地反映在不同工程狀況下結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力的分布情況；（2）幾何方面非線性，結(jié)構(gòu)動(dòng)力的平衡方程是建立在結(jié)構(gòu)發(fā)生變形后的幾何狀態(tài)上，能夠精準(zhǔn)地分析出非線性屈曲效應(yīng)、P-Δ效應(yīng)（P為荷載；Δ為水平位移）、大變形效應(yīng)；（3）動(dòng)力方程積分方式，通過顯式積分，能夠精準(zhǔn)地模擬出結(jié)構(gòu)損壞和直到倒塌的形態(tài)。

5 帶連廊高層剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)實(shí)際案例分析

5.1 工程概述

某建筑群是用于商業(yè)辦公的高層建筑群，其中的2#和4#公寓屬于超高層建筑，分別為52層和27層，建筑高度分別為197 m和104 m，4#公寓的頂層和2#公寓的27層之間建設(shè)有空中連廊結(jié)構(gòu)連接2棟公寓。2#和4#公寓都是采用部分框架支撐剪力墻結(jié)構(gòu)，2#公寓加強(qiáng)部位的框架、框支剪力墻的抗震等級(jí)都是特一級(jí)，非底部加強(qiáng)部位的剪力墻抗震等級(jí)是一級(jí)，4#公寓底部加強(qiáng)部位的框架、框支剪力墻抗震等級(jí)都是一級(jí)，非底部加強(qiáng)部位的剪力墻抗震等級(jí)是二級(jí)。該工程的抗震設(shè)防烈度是7度，設(shè)計(jì)地震的分組形式是第一組設(shè)計(jì)基本地震加速度是0.10g，特征周期為0.35 s，建筑的場地類別屬于二類，基本風(fēng)壓是0.75 kN/m2（在對承載力進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要按照基本風(fēng)壓的1.1倍進(jìn)行計(jì)算），地面的粗糙程度屬于B類，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)是二級(jí)，風(fēng)荷載的體型系數(shù)選為1.4，建筑的使用年限設(shè)為50年，抗震設(shè)防類別是丙類。

5.2 空中連廊的結(jié)構(gòu)設(shè)置

4#公寓的頂部和2#公寓的27層之間建有連廊相互連接，2棟公寓的水平夾角大致為23°，空中連廊的長度約20.6 m，寬度約13.5~15.5 m，選擇空間鋼桁架結(jié)構(gòu)，組合樓蓋的樓面厚度為150 mm，上層屬于建筑的云會(huì)所，高度約為8.9 m，樓頂是復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

5.3 建筑小震彈性分析

2棟公寓之間的連體結(jié)構(gòu)計(jì)算選用MB軟件，其中，柱、梁選用桿單元，樓板、剪力墻選用殼單元，空中連廊結(jié)構(gòu)選用彈簧連接模擬滑動(dòng)支座。

5.3.1 模擬分析

整體結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，建筑結(jié)構(gòu)振型基本一致，第一、第二振型主要為結(jié)構(gòu)的兩主軸方向的水平運(yùn)動(dòng)，第三振型主要是扭矩，需要確保結(jié)構(gòu)具備良好的抗扭剛度，第一水平運(yùn)動(dòng)周期和第一扭轉(zhuǎn)周期比值都小于0.85，符合規(guī)范要求。通過比較單棟和雙棟連體的計(jì)算結(jié)果可以得出，2#和4#公寓通過連廊連接后可有效提升建筑結(jié)構(gòu)整體剛度，2棟公寓的第一水平運(yùn)動(dòng)周期（y方向水平運(yùn)動(dòng)）基本一致，第二水平運(yùn)動(dòng)周期（x方向水平運(yùn)動(dòng)）和扭轉(zhuǎn)振型周期存在一定差別，大約為0.2~0.3 s；4#公寓的第一水平運(yùn)動(dòng)周期（y方向水平運(yùn)動(dòng)）約0.1 s，屬于偏小，第二水平運(yùn)動(dòng)周期（x方向的水平運(yùn)動(dòng)）和扭轉(zhuǎn)振型的周期存在較小差別，約為0.3~0.4 s。雙棟連體的兩端滑動(dòng)與一端滑動(dòng)、一端剛接的振型基本一致。

5.3.2 最大層間位移角

雙棟連接體分析結(jié)果表明，公寓樓層間的最大位移角基本一致，造成公寓樓變形的概率較小。在風(fēng)荷載作用下，2棟公寓的連接體和單棟在x水平方向上的最大層間位移角基本上一致，而在y水平方向2棟公寓的連接體最大層面位移角相比于單棟增加約10%。在地震作用下，2#公寓的連體在x水平方向上相比于單棟公寓的最大層面位移角較大，4#公寓的連體在x水平方向上相比于單棟公寓的最大層面位移角較小，對于y水平方向，2棟公寓的連體相比于單棟的最大層面位移角較大。

5.3.3 樓層剪力

相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析表明，在地震作用下，x水平方向上，兩端滑動(dòng)方案的連廊結(jié)構(gòu)26層剪力相比于27層小580 kN；一端滑動(dòng)一端剛接方案中，26層剪力相比于27層小630 kN；在y水平方向上，兩端滑動(dòng)方案中，連廊結(jié)構(gòu)公寓26層和37層的剪力基本上一致；一端滑動(dòng)一端剛接方案中，26層剪的力相比于27層小60 kN。4#公寓的連體無論在x方向還是y方向的剪力都比較小。

6 結(jié)語

連廊屬于建筑結(jié)構(gòu)中較為薄弱的部分，在對某些高層、超高層建筑的連廊結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，更應(yīng)考慮其抗震性能以及其在地震作用下的建筑結(jié)構(gòu)響應(yīng)，從而加強(qiáng)連廊和主體的連接，使整體建筑結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，保證建筑的使用安全。