某连体结构弱连接设计

发表时间:2019/4/28   来源:《基层建设》2019年第6期   作者:金韬1 董诗忆2
[导读] 摘要:为提高结构抗震设计的可靠性,根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010,连体结构宜采用强连接形式。
        1.浙江大学建筑设计研究院有限公司  浙江杭州  3100282.杭州恺融房地产开发有限公司  浙江杭州  310028
        摘要:为提高结构抗震设计的可靠性,根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010,连体结构宜采用强连接形式。随着建筑功能的发展、建筑造型的高要求以及结构计算软件功能日益强大,近年来复杂连接结构越来越盛行。部分建筑由于连接体两侧塔楼的结构布置在体量与地震动力特性上差异较大,连接体采用弱连接形式不失为一种解决方案。本文简单介绍了一超限高层弱连接连接体结构的设计。
        关键词:超限高层;弱连接;铅芯橡胶支座
        1 工程概况
        某酒店工程,总建筑面积约为9.3万方,地上建筑部分由东南侧24层酒店塔楼(裙房3层)、北侧11层商务塔楼组成。其中屋面标高为99.45米,商务塔楼屋面标高为57.00米;酒店部分11层楼面~13层楼面、商务楼部分10层楼面~11与12层楼面之间通过钢结构连接体连接(连接体跨度为25.30米),为超限高层。以下为本工程效果图。
       
        项目位于江苏兴化,抗震设防烈度为7度,设计地震加速度值为0.1g,设计地震分组为第二组,场地类别为Ⅳ类,特征周期Tg为0.75s。
        2 结构体系
        本工程综合考虑建筑功能,两塔楼抗侧力体系均采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系,楼板为现浇楼板。两塔楼在标高46.55米与54.05米间形成通高连体。由于两塔楼层高、功能相差较大,且长方向互相垂直,连接部位均为两塔楼的角部,初步判断两塔楼结构动力特性差异较大,因此连接体采用钢结构弱连接形式。
        为减小连接体部分对两塔楼动力特性的影响,通高连接体部分底、顶层与两塔楼连接部位分别采用铅芯橡胶支座+黏滞阻尼器形成弱连接。连接体底、顶层均采用钢梁+钢筋桁架楼承板的,平面内均设水平支撑。为保证连接体部分的整体性,两侧边均设竖杆进行加强。施工过程中首先安装上、下层钢梁,后安装竖杆。与连接体相连的塔楼框架柱为关键传力构件,设置为型钢混凝土柱。两塔楼在连接体附近增加剪力墙的数量与墙厚,增强结构的抗侧与抗扭刚度。为了控制连接体部分自身重量以及减少竖向地震力,在满足规范及楼板舒适性要求的前提下连接体楼层楼承板厚度取120mm。
        本工程静力计算和多遇地震作用下的计算采用了盈建科(YJK1.9版)为主要计算程序,并采用Midas Building(2017版)进行计算以对比校核。为了验证弱连接体对两塔楼动力特性的实际影响。采用YJK软件对整体模型(带连接体并考虑支座实际参数)与两单体模型分别进行分析计算。提取了整体计算模型中两单塔的前三阶振型分量及其对应的周期,并与两单体模型的前三阶振型及周期进行了对比。计算结果如下:
        表一  酒店塔楼整体结构与单塔计算指标对比
       
        表二  商务塔楼整体结构与单塔计算指标对比
       
        两塔楼单体模型的前三阶振型、周期与整体模型对应的各单体前三阶振型、周期均比较接近,差别<5%。连接体的存在对于两塔楼自身影响较小,连体结构的弱连接假定成立。设计中按各单塔分析各自结构的抗震性能,并考虑连体模型的包络。
        3 连体支座的设计
        连体和塔楼之间采用铅芯橡胶支座,选取有效直径600mm的LNR600,橡胶剪切弹性模量为0.392MPa,最大设计荷载为4241kN,竖向刚度为2109kN/mm,等效水平刚度为0.981kN/mm,等效阻尼比为5%。根据<<抗规>>12.2.6,罕遇地震下支座位移限值为Min(0.55D,3Tr)=330mm。为限制支座位移,连体和支座之间附加粘滞阻尼器,选取阻尼系数500kN*s/m,阻尼指数0.4,最大阻尼力500kN,最大行程±200mm(皆为粘滞阻尼器中性能相对比较稳定的参数)。
        对带连体的整体结构进行罕遇地震动力时程分析,采用FNA法和直接积分法(中心差分)分别计算并取包络。计算结果显示,FNA法相对直接积分法支座位移更大。其中最大水平位移为181mm,小于支座位移限制330mm,最大支座压力为2308kN,小于支座最大设计压力4241kN;支座最大拉应力为184kN,拉应力为0.65MPa,小于规范限制1MPa,满足设计要求。
        粘滞阻尼器计算最大输出阻尼力为419kN,计算最大行程181mm,因此采用最大阻尼力500kN,最大行程±200mm的粘滞阻尼器可以满足设计要求。
       
        4 相关加强措施
        本工程对于连体部分的中震性能指标规定如下:支承连接体的框架柱、剪力墙、牛腿以及连接体钢构件满足中震弹性,大震不屈服的设计要求;对于与支承连接体构件项链的框架梁满足中震弹性设计要求,并满足大震
        下的抗剪截面控制条件。
        增强两塔楼自身的抗侧刚度与抗扭性能,增加剪力墙的数量及厚度,两塔楼与连接体相连部位设置型钢混凝土柱,提高与连接体相连部位的延性,同时提高两塔楼整体的抗震性能。
        与连接体相连的框架柱、剪力墙在连接体高度范围及其上下层,箍筋全高加密配置,轴压比限值酒店部分框架柱按0.70,剪力墙按0.45控制;商务楼部分框架柱按0.80,剪力墙按0.45控制。与连接体相连的剪力墙在连体高度范围及其上、下层设置约束边缘构件。
        连接体及与连接体相连的竖向构件在连接体高度范围及其上下层,抗震等级提高一级。
        5 小结
        连体结构的设计关键在于总体把握建筑条件、场地于连接体形式等输入条件合理选择连接体形式。正确建立分析模型,提高连接体和于连接体相连部分的结构构件的性能水准不可或缺。对于地震反应大的结构,必要时引入减震技术,能起到节约成本,提高设计合理性的效果。
        参考文献
        [1] 杨学林. 复杂超限高层建筑抗震设计指南及工程实例[M].中国建筑工业出版社,2017.
        [2] 任续辉,白国良. 地震作用下双塔弱连接连体结构受力性能研究[J].华北水利水电学院学报,2013,03(30).
        [3] 李志万.广州W酒店连体高层结构设计[J].建筑节能,2017.
        [4] 王干,杨律磊,赵建忠,等.苏州赛得大厦高位连体结构设计[J].建筑结构,2013.07.
投稿 打印文章 转寄朋友 留言编辑 收藏文章
  期刊推荐
1/1
转寄给朋友
朋友的昵称:
朋友的邮件地址:
您的昵称:
您的邮件地址:
邮件主题:
推荐理由:

写信给编辑
标题:
内容:
您的昵称:
您的邮件地址: