高層低位連體復(fù)雜結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)探析

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［摘要］整個(gè)建筑聯(lián)合體共同組成ㄈ型平面，包含雜技館、群藝館、婦兒及青少年活動(dòng)中心和群藝工作室等四個(gè)結(jié)構(gòu)單體。主塔結(jié)構(gòu)體系采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。各單體均存在一定程度的不規(guī)則性。四個(gè)主塔之間的連接體分別為鋼結(jié)構(gòu)連廊、鋼結(jié)構(gòu)屋蓋、玻璃幕墻及鋁合金幕墻，連接體與主塔之間通過(guò)采用橡膠隔震支座及鉛芯橡膠隔震支座形成柔性連接，有效隔離各個(gè)塔樓的地震響應(yīng)，使得各個(gè)單體結(jié)構(gòu)之間不產(chǎn)生相互作用和影響。本文重點(diǎn)闡述了如何通過(guò)設(shè)置隔震支座簡(jiǎn)化復(fù)雜連體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路和方法。

［關(guān)鍵詞］連體結(jié)構(gòu)；柔性連接；隔震支座

1工程概況

本項(xiàng)目總建筑面積約13.4萬(wàn)m2，其中地上建筑面積約6.5萬(wàn)m2，由雜技館、群藝館、婦兒及青少年活動(dòng)中心和群藝工作室等四個(gè)單體組成[1]，建筑實(shí)景照片見(jiàn)圖1。各單體均采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)高度為23.5~35m，層數(shù)為5~7層，單體間由鋼結(jié)構(gòu)連廊、鋼結(jié)構(gòu)屋蓋、玻璃幕墻及鋁合金幕墻連接，形成ㄈ型平面，具體見(jiàn)圖2。雜技館共1399座屬于大型劇場(chǎng)，劇場(chǎng)由2層混凝土看臺(tái)和7層附屬用房組成，平面形狀為不規(guī)則橢圓形，長(zhǎng)軸為81m，短軸為58m，建筑總高度為23.5~29.5m為坡屋面，屋蓋采用鋼結(jié)構(gòu)管桁架，跨度為9~50m。群藝館最大長(zhǎng)度為78m，最大寬度為59m，建筑高度26.8m，地上5層。雜技館及群藝館之間設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)連廊（群藝館排練廳），支座底標(biāo)高為10.20m，最大跨度為61.2m，寬度為10~30m，桁架高度11.5~15m（屬于大跨度低位連接體）。婦兒青少年活動(dòng)中心最大長(zhǎng)度為81.4m，最大寬度為82m，建筑高度為32.1~35m為坡屋面，地上6層。群藝館工作室長(zhǎng)為86m，最大寬度為39m，建筑高度32.4~27.65m為坡屋面，地上5層。群藝館與婦兒青少年活動(dòng)中心之間2~5層設(shè)置一鋼廊橋，跨度9m，寬4m；婦兒青少年活動(dòng)中心與群藝館工作室之間3~4層設(shè)置一鋼廊橋，跨度14m，寬4m；群藝館、婦兒青少年活動(dòng)中心及群藝館工作室的共享大廳由鋼結(jié)構(gòu)屋蓋、玻璃幕墻及鋁合金幕墻連接組成。由于四個(gè)單體結(jié)構(gòu)的高度、體型、平面布置及剛度差異很大，主軸方向震動(dòng)周期顯著不同，各個(gè)結(jié)構(gòu)單體均存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、樓板不連續(xù)或少量剪力墻轉(zhuǎn)換，詳見(jiàn)表1，組合平面均無(wú)對(duì)稱軸，連體結(jié)構(gòu)形成細(xì)腰，布置形式復(fù)雜。若連接體與主塔之間采用強(qiáng)連接，組合后的結(jié)構(gòu)體系屬于特別不規(guī)則的復(fù)雜連體超限高層建筑[2-4]，大大增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，為調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度及變形達(dá)到均衡必會(huì)大幅增加工程造價(jià)；若在承托玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)單體間設(shè)置防震縫，縫兩側(cè)需增設(shè)混凝土墻柱，會(huì)形成局部平面不規(guī)則的單跨單榀框架，為實(shí)現(xiàn)剛度、變形及扭轉(zhuǎn)的協(xié)調(diào)，局部出現(xiàn)大截面尺寸墻柱，嚴(yán)重影響大堂內(nèi)效果，建筑使用面積減少，工程及裝飾成本增加，因此上述方案未采用。所以本工程通過(guò)設(shè)置隔震支座的方式構(gòu)成柔性連接，在地震作用下，不會(huì)因?yàn)檫B體結(jié)構(gòu)的存在，而使各個(gè)主體結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生相互作用、互相影響，巧妙解決了平面及剛度特別不規(guī)則聯(lián)合體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難度，抗震不超限，節(jié)省材料及工期，良好實(shí)現(xiàn)建筑空間效果。本項(xiàng)目抗震設(shè)防烈度7度（0.15g），場(chǎng)地類別Ⅱ類，設(shè)計(jì)地震分組第Ⅱ組，抗震設(shè)防類別重點(diǎn)設(shè)防。

2連接體隔震支座選型

橡膠隔震支座能承受水平力和豎向力，具有優(yōu)越的隔震性能，橡膠能提供變形及水平恢復(fù)力，能釋放溫度作用、風(fēng)作用及地震產(chǎn)生的內(nèi)力。鉛芯橡膠隔震支座除具有橡膠隔震支座上述性能外，還具有優(yōu)越的阻尼耗能性能。如圖2、3所示，本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)連廊均采用鉛芯橡膠隔震支座，鋼廊橋及屋面網(wǎng)架均采用橡膠隔震支座，玻璃幕墻一端采用固定鉸支座，另一端采用鉛芯橡膠隔震支座。橡膠隔震支座和鉛芯橡膠隔震支座具體技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2、表3。

3主塔結(jié)構(gòu)分析及措施

連接體結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)采用滑動(dòng)連接，支座滑移量應(yīng)滿足兩個(gè)方向在罕遇地震作用下的位移要求，并采取防墜落、防撞擊措施。罕遇地震作用下的位移要求采用時(shí)程分析方法進(jìn)行計(jì)算復(fù)核[4]。關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行了抗震性能化設(shè)計(jì)，連接體支承部位的框架柱性能目標(biāo)滿足中震承載力彈性、大震受剪承載力不屈服，對(duì)連接體支座反力與滑移量進(jìn)行了分析。為控制整體結(jié)構(gòu)罕遇地震下的變形和位移，增加結(jié)構(gòu)的整體剛度，因此未采用框架結(jié)構(gòu)體系，而是采用了剛度更好的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系；同時(shí)為減小承托鋼連廊和鋼廊橋隔震支座的框架柱的變形和位移，在相應(yīng)框架柱柱間設(shè)置剪力墻，并在大跨度鋼連廊桁架隔震支座對(duì)應(yīng)的框柱內(nèi)設(shè)置型鋼，同時(shí)加大連體對(duì)應(yīng)的各層樓板厚度，隔震支座處的框架柱抗震等級(jí)提高一級(jí)。采用YJK程序，對(duì)雜技館、群藝館、婦兒及青少年活動(dòng)中心和群藝工作室各單體進(jìn)行了多遇地震下的整體彈性分析，并采用大震等效彈性方法進(jìn)行了大震下彈性位移的驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表4、表5。由于支座點(diǎn)數(shù)較多，僅列出雜技館側(cè)3個(gè)具有代表性的支座點(diǎn)在多遇地震及罕遇地震下的位移值，見(jiàn)表6。由以上計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)在多遇地震和罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)整體及隔震支座的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移，均小于隔震支座的極限位移，具有良好的安全儲(chǔ)備，故所選擇隔震支座滿足小震下和大震下的變形要求。

4結(jié)論

低位連體結(jié)構(gòu)采用柔性連接，連接體對(duì)塔樓的抗震性能影響較小。可實(shí)現(xiàn)此類復(fù)雜連體結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化。安全起見(jiàn)，仍需對(duì)隔震支座進(jìn)行變形限位設(shè)計(jì)，對(duì)連接體支承部位的框架柱進(jìn)行性能化設(shè)計(jì)，并對(duì)結(jié)構(gòu)體系及承托隔震支座的相關(guān)構(gòu)件采取加強(qiáng)措施。

參考文獻(xiàn)

[1]賈君,崔志剛,高廣臣,等.鄭州市民活動(dòng)中心A區(qū)連體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu),2018,48(12):40-44.

[2]超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn):建質(zhì)〔2015〕67號(hào)[S].北京:中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部,2015.

[3]建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范:GB50011—2010[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.

[4]高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程:JGJ3—2010[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2011.

作者:賈君 張小冬 高磊 崔志剛 劉志周 單位:哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院