高層低位連體復雜結(jié)構(gòu)抗震設計探析

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［摘要］整個建筑聯(lián)合體共同組成ㄈ型平面，包含雜技館、群藝館、婦兒及青少年活動中心和群藝工作室等四個結(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，有效隔離各個塔樓的地震響應，使得各個單體結(jié)構(gòu)之間不產(chǎn)生相互作用和影響。本文重點闡述了如何通過設置隔震支座簡化復雜連體結(jié)構(gòu)的設計思路和方法。

［關鍵詞］連體結(jié)構(gòu)；柔性連接；隔震支座

1工程概況

本項目總建筑面積約13.4萬m2，其中地上建筑面積約6.5萬m2，由雜技館、群藝館、婦兒及青少年活動中心和群藝工作室等四個單體組成[1]，建筑實景照片見圖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，具體見圖2。雜技館共1399座屬于大型劇場，劇場由2層混凝土看臺和7層附屬用房組成，平面形狀為不規(guī)則橢圓形，長軸為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置鋼結(jié)構(gòu)連廊（群藝館排練廳），支座底標高為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）。婦兒青少年活動中心最大長度為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中心之間2~5層設置一鋼廊橋，跨度9m，寬4m；婦兒青少年活動中心與群藝館工作室之間3~4層設置一鋼廊橋，跨度14m，寬4m；群藝館、婦兒青少年活動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，主軸方向震動周期顯著不同，各個結(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，詳見表1，組合平面均無對稱軸，連體結(jié)構(gòu)形成細腰，布置形式復雜。若連接體與主塔之間采用強連接，組合后的結(jié)構(gòu)體系屬于特別不規(guī)則的復雜連體超限高層建筑[2-4]，大大增加了結(jié)構(gòu)設計的難度及結(jié)構(gòu)的復雜性，為調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度及變形達到均衡必會大幅增加工程造價；若在承托玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)單體間設置防震縫，縫兩側(cè)需增設混凝土墻柱，會形成局部平面不規(guī)則的單跨單榀框架，為實現(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。所以本工程通過設置隔震支座的方式構(gòu)成柔性連接，在地震作用下，不會因為連體結(jié)構(gòu)的存在，而使各個主體結(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)的設計難度，抗震不超限，節(jié)省材料及工期，良好實現(xiàn)建筑空間效果。本項目抗震設防烈度7度（0.15g），場地類別Ⅱ類，設計地震分組第Ⅱ組，抗震設防類別重點設防。

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力，能釋放溫度作用、風作用及地震產(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參數(shù)見表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)采用滑動連接，支座滑移量應滿足兩個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程分析方法進行計算復核[4]。關鍵構(gòu)件進行了抗震性能化設計，連接體支承部位的框架柱性能目標滿足中震承載力彈性、大震受剪承載力不屈服，對連接體支座反力與滑移量進行了分析。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，在相應框架柱柱間設置剪力墻，并在大跨度鋼連廊桁架隔震支座對應的框柱內(nèi)設置型鋼，同時加大連體對應的各層樓板厚度，隔震支座處的框架柱抗震等級提高一級。采用YJK程序，對雜技館、群藝館、婦兒及青少年活動中心和群藝工作室各單體進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行了大震下彈性位移的驗算，計算結(jié)果詳見表4、表5。由于支座點數(shù)較多，僅列出雜技館側(cè)3個具有代表性的支座點在多遇地震及罕遇地震下的位移值，見表6。由以上計算結(jié)果可見，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節(jié)點的位移，均小于隔震支座的極限位移，具有良好的安全儲備，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，連接體對塔樓的抗震性能影響較小?？蓪崿F(xiàn)此類復雜連體結(jié)構(gòu)的簡化。安全起見，仍需對隔震支座進行變形限位設計，對連接體支承部位的框架柱進行性能化設計，并對結(jié)構(gòu)體系及承托隔震支座的相關構(gòu)件采取加強措施。

參考文獻

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

[2]超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點:建質(zhì)〔2015〕67號[S].北京:中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部,2015.

[3]建筑抗震設計規(guī)范:GB50011—2010[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

[4]高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程:JGJ3—2010[S].北京:中國建筑工業(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)大學建筑設計研究院