李遠(yuǎn)建

（CCDI悉地（蘇州）勘察設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計

李遠(yuǎn)建

（CCDI悉地（蘇州）勘察設(shè)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(jié)構(gòu)因?yàn)橥ㄟ^連接體將不同結(jié)構(gòu)連在一起，體型比一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此連體結(jié)構(gòu)的受力比一般單體結(jié)構(gòu)或多塔樓結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。結(jié)合實(shí)際工程對該類結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的要點(diǎn)進(jìn)行探討。

連體結(jié)構(gòu)；強(qiáng)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(dú)立單體塔樓通過連廊和鋼天橋分別在15.600和20.100標(biāo)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(jié)構(gòu)層數(shù)地上七層，地下一層，突出屋面小塔樓二層。結(jié)構(gòu)計算高度?？偨ㄖ娣e。根據(jù)建筑功能本工程分為A樓和B樓，A樓，B樓分別由河每側(cè)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(biāo)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(jié)構(gòu)構(gòu)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(gòu)成多塔連體建筑，見圖1。

2　結(jié)構(gòu)方案

本工程根據(jù)建筑布置，四個分塔抗側(cè)力體系采用剪力墻（帶端柱）結(jié)構(gòu)。

本案中的鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)連接體(強(qiáng)連接),跨度25.6m,寬度與兩側(cè)主塔同寬9.9m,高4.5m。本案中包含了兩類連接體結(jié)構(gòu)，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(fù)雜性。

首先，相比其它體型結(jié)構(gòu)，連體結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動變形較大，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較明顯，應(yīng)引起重視。連接體部份是連體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，其受力較復(fù)雜。其次，連接體部份一方面要協(xié)調(diào)兩側(cè)結(jié)構(gòu)的變形，在水平荷載作用下承受較大內(nèi)力；另一方面當(dāng)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(jié)構(gòu)與兩側(cè)塔樓的支座連接是連體結(jié)構(gòu)的另一關(guān)鍵問題，如處理不當(dāng)結(jié)構(gòu)安全將難以保證。

（1）《高規(guī)》JGJ3-2010第10.5.4條：連接體結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)宜采用剛性連接。剛性連接時連體結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件應(yīng)至少伸入主體結(jié)構(gòu)一跨并可靠連接；必要時可延伸至主體部分的內(nèi)筒，并與內(nèi)筒可靠連接。本工程過街樓連接體采用4根600× 1500預(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)整體協(xié)調(diào)，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(diào)連接體兩端的變形及振動所產(chǎn)生的作用效應(yīng)。

（2）鋼結(jié)構(gòu)人行通廊跨度達(dá)48m，連接體結(jié)構(gòu)較弱，無法協(xié)調(diào)連接體兩側(cè)的結(jié)構(gòu)共同工作，故連接體結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)采用一端鉸接，另一端做成滑動支座，此時應(yīng)重點(diǎn)考慮滑動支座的做法，限復(fù)位裝置的構(gòu)造，并要求預(yù)計支座滑移量應(yīng)能滿足兩個方向在罕遇地震作用下的位移要求。并應(yīng)采取防墜落，撞擊措施。罕遇地震作用下的位移要求，應(yīng)采用時程分析方法進(jìn)行計算復(fù)核。（本工程48m跨連廊采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，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(qiáng)連接還是弱連接方式，連體結(jié)構(gòu)均是通過連接體將不同結(jié)構(gòu)連在一起，體型比一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此連體結(jié)構(gòu)受力比一般單體結(jié)構(gòu)或多塔結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，其變形及受力具有如下特點(diǎn)：連體結(jié)構(gòu)自振振型較為復(fù)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(xiàn)反向振型，因此要進(jìn)行詳細(xì)的計算分析；連體結(jié)構(gòu)總體為一開口薄壁構(gòu)件，扭轉(zhuǎn)性能較差，扭轉(zhuǎn)振型豐富，當(dāng)?shù)谝慌まD(zhuǎn)頻率與場地卓越頻率接近時，容易引起較大的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)，易使結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞。連體結(jié)構(gòu)中部剛度小，而此部位混凝土強(qiáng)度等級如果低于下部結(jié)構(gòu)，從而使結(jié)構(gòu)薄弱部位由結(jié)構(gòu)的底部轉(zhuǎn)為連體結(jié)構(gòu)中塔樓的中下部，這是連體結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意的問題。

（3）連接體部位的確定：根據(jù)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(dá)48m的架空連廊弱性連接的連體結(jié)構(gòu)。

（4）A，B塔樓結(jié)構(gòu)體系的確定：整個結(jié)構(gòu)類似一個巨大的“門框”,連接體在結(jié)構(gòu)的頂部與兩側(cè)“門柱”（兩側(cè)結(jié)構(gòu)）連接成整體樓層，連接體的寬度與兩側(cè)“門柱”的寬度相等，兩側(cè)“門柱”結(jié)構(gòu)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(diào)兩側(cè)結(jié)構(gòu)的受力，變形，使整個結(jié)構(gòu)共同工作，故可做成強(qiáng)連接。兩端均為剛接。

（5）A與B樓之間（鋼結(jié)構(gòu)架空連廊式連接體）結(jié)構(gòu)體系的確定：由于其跨度很大，且自身剛度較弱不能協(xié)調(diào)A，B樓的結(jié)構(gòu)受力和變形，故做成弱連接，即一端與結(jié)構(gòu)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(fù)位功能。

3　設(shè)計要點(diǎn)

本工程屬連體建筑。根據(jù)《高規(guī)》：連體建筑結(jié)構(gòu)屬復(fù)雜結(jié)構(gòu)。本工程為六度設(shè)防，且只具有一項(xiàng)豎向不規(guī)則。根據(jù)《江蘇省房屋建筑工程抗震設(shè)防審查細(xì)則》關(guān)于超限建筑的認(rèn)定，本工程不附合房屋結(jié)構(gòu)特別不規(guī)則中有關(guān)超限規(guī)定，故不屬超限建筑。但應(yīng)為復(fù)雜結(jié)構(gòu)。解決措施:

根據(jù)《高范》規(guī)定，連體結(jié)構(gòu)各獨(dú)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(dú)立塔樓是完全相同，且結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的布置也均勻雙向?qū)ΨQ。同時本工程采用兩個不同的三維空間有限元計算程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，并結(jié)合彈性時程分析，必要時結(jié)合彈塑性靜力或動力分析，對結(jié)構(gòu)的薄弱層或薄弱部位有針對性地采取加強(qiáng)措施。

采用PKPM結(jié)構(gòu)計算軟件對各單體進(jìn)行整體抗震驗(yàn)算（見圖2）。對突出屋面的局部塔樓層當(dāng)作普通樓層輸入，并對地震作用乘以放大系數(shù)。

圖2　整體計算模型

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

剛性連接體樓板應(yīng)進(jìn)行受剪截面和承載力驗(yàn)算。同時補(bǔ)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(qiáng)連接形成一個整體為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)而同時又滿足扭轉(zhuǎn)不規(guī)則強(qiáng)制控制指標(biāo)（突破規(guī)范時Uma/U＜1.8，T他/T＜0.95）,故采用性能目標(biāo)C級來進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計。C級性能目標(biāo)：（1）在彈性反應(yīng)譜小震作用下，滿足性能水準(zhǔn)1的要求，結(jié)構(gòu)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(yīng)，構(gòu)件承載力和最大位移滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。（2）在彈性反應(yīng)譜中震作用下，滿足性能水準(zhǔn)2的要求，結(jié)構(gòu)基本處于彈性狀態(tài)，即不考慮地震作用下內(nèi)力調(diào)整，計入荷載，地震作用分項(xiàng)系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)，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(yīng)，取材料設(shè)計強(qiáng)度計算構(gòu)件承載力滿足組合效應(yīng)要求，計算最大位移滿足與扭轉(zhuǎn)不規(guī)則指標(biāo)突破程度相適應(yīng)的加嚴(yán)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(yīng)，滿足性能水準(zhǔn)3的要求，結(jié)構(gòu)少數(shù)薄弱部位允許達(dá)到屈服階段，整體結(jié)構(gòu)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(xiàn)行規(guī)范對各類結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角限值加嚴(yán)一倍的范圍內(nèi)?；谛阅芸拐鹪O(shè)計，有利于《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》抗震設(shè)防三目標(biāo)在復(fù)雜不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)中得到更加具體量化的控制與實(shí)施。通過小震，中震作用承載力，位移效應(yīng)雙控，提高了結(jié)構(gòu)剛度，提高了結(jié)構(gòu)總體承載能力，再通過抗震構(gòu)造措施，由于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則帶來的各種不利影響，應(yīng)可基本受到控制，可基本實(shí)現(xiàn)大震作用下結(jié)構(gòu)只受到少量破壞的C級抗震設(shè)防目標(biāo)。

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(qiáng)，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(jìn)行整體結(jié)構(gòu)計算分析外，另外對結(jié)構(gòu)進(jìn)行水平地震作用彈性動力時程分析計算。

本工程關(guān)鍵部位為連接體部份，對該部份主要受力構(gòu)件預(yù)應(yīng)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(yuǎn)建（1965-），男，江蘇蘇州人，高級工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。