一连体结构工程的性能设计

一连体结构工程的性能设计

董诗忆1金韬2王宇轩2

1.杭州恺融房地产开发有限公司浙江杭州310028；

2.浙江大学建筑设计研究院有限公司浙江杭州310028

摘要：近年来，连体结构被越来越多的应用，随着建筑功能的日新月异和计算手段的日趋多样化和精细化，连体结构的连接形式越来越多样化。本文针对近期设计的一连体结构工程探讨一类超限高层复杂连接结构部分的性能设计。

关键词：超限高层；复杂连接；性能设计

1工程概况

某酒店项目，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。总建筑面积约为9万方，地上建筑部分由一24层酒店塔楼（含裙房3层）与一11层商务塔楼组成。其中酒店部分（主塔楼）地上部分高度为99.45米，商务塔楼地上部分高度为57.00米；两塔楼在地上标高46.55米与54.05米范围内通过连接体连接（连接体跨度为25.30米），为复杂连接超限高层。以下为本工程效果图与平面示意图。

本项目连接体两侧塔楼一侧为24层，一侧仅为11层，高度与体量相差较大，且连接体的方向一侧为塔楼的长向，另一侧为塔楼的短向。连接体部位为两塔楼的角部。很明显，连接体两侧塔楼的结构动力特性存在较大差异，如采用《高规》中推荐的强连接形式，较难以协调连接体两侧塔楼在地震作用中的计算指标，对设计与施工也带来诸多问题。经项目组研究讨论并请示总工意见，决定采弱连接的连接形式。

此外，除复杂连接外，本工程酒店塔楼裙房部分还存在楼板不连续、层高不规则引起的刚度突变，以及局部通高柱、局部大跨度转换等不规则情况。

2结构体系与加强措施

本项目综合考虑建筑功能，酒店与商务塔楼均采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系+现浇楼板。

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。为增强结构的抗侧与抗扭刚度，两塔楼在连接体附近增加剪力墙的数量与墙厚。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以达到控制连接体部分自身重量以及减少竖向地震力的目的。

裙房局部通高剪力墙（高度约为24m）增加墙厚至700mm,并在剪力墙两端设端柱，加大与通高墙体相连的上部楼层板的板厚，加强通高墙体的整体稳定性。本工程裙房屋面标高为18.25m，高度接近1/4建筑总高度，按竖向体型收进处理，酒店裙房屋面处存在体型收进，裙房屋面层楼板加厚取150mm，及其上、下层最小板厚取130mm，增加相应配筋。裙房屋面上下层周边竖向构件抗震等级提高一级，并加强竖向构件的配筋。酒店部分二层~三层、四层~五层层高突变较大，且四层为软弱层。通过合理设置剪力墙厚度、柱截面尺寸以及调整剪力墙连梁、框架梁梁高的方式来尽量减小上下层之间的刚度突变。四层地震剪力放大1.25倍。

3计算措施

计算上在多遇地震阶段采用盈建科YJK和MidasBuilding两个结构软件对计算结果（包含结构整体稳定，剪重比，楼层位移，层间位移角，扭转位移比等）进行分析比对。在连体模型中输入连体支座的实际参数进行分析并与连体结构中两塔楼各自对应的振型、动力特性等进行对比，分析了弱连接的可行性。进行了两单塔模型多遇地震下的指标结果验算，设计中考虑单塔计算和连体计算结果的包络值进行配筋。进行了多遇地震下弹性时程分析作为CQC法的补充验算，对比了弹性时程法与CQC法的基底剪力，对CQC法的个别楼层计算结果进行了地震剪力放大。在设防烈度地震及罕遇地震采用盈建科YJK进行等效弹性分析，复核整体结构及构件的性能指标。采用PKPM-Sausage软件进行弹塑性动力时程分析，计算结构弹塑性层间位移，判断结构的薄弱部位、屈服程度，对关键部位和关键构件进行有针对性的加强。进行了支座小震、大震以及风荷载模拟分析；并在整体模型中考虑了隔震支座与阻尼器的实际参数，保证大震下支座性能满足产品要求，确保大震下的安全。针对局部穿层柱，考虑了实际计算长度进行了分析，地震剪力按所穿越楼层的非穿层柱进行了适当放大并复核其承载力。针对裙房大跨度转换框架，考虑了以竖向地震为主的地震组合进行计算。针对局部楼板不连续的楼层，考虑了地震作用组合分析了楼板应力，有针对性地加强了楼板截面及配筋。进行了连接体楼板舒适度的专项验算，对连接体楼板的震动频率、峰值加速度进行了分析，保证楼板舒适性符合使用要求。

小震下按CQC方法计算振型组合，计入双向水平地震作用下的扭转影响和偶然偏心影响。对连接体采用规范简化计算方法计入竖向地震作用的影响。采用双软件校核，并采用弹性动力时程分析方法进行补充计算，地震加速度时程最大值取35cm/s2。

中震下采用振型分解反应谱法按规范地震动参数进行重要构件的性能目标验算，特征周期按0.75s取值，阻尼比按6.0%，水平地震影响系数最大值取0.23。

大震下首先采用振型分解反应谱法按规范地震动参数进行重要构件的性能目标验算，特征周期按0.80s取值，阻尼比按7.0%，水平地震影响系数最大值取0.50；然后采用非线性动力时程分析方法进行大震下结构的性能目标验算，特征周期按0.80s取值，初始阻尼比5.0%，地震加速度时程最大值取220cm/s2。

4性能目标

本工程存在多项不规则项。需针对各关键构件进行有针对性的加强。列出本工程拟采用的不同地震烈度水准下具体的性能设计指标。

表一各关键构件性能指标

5小结

本工程在满足各类结构整体计算指标的前提下，通过提高各关键构件，尤其是连接体以及塔楼中与连接体相连构件在不同地震烈度水准下的性能指标，另外，在设计中通过各种概念性的加强措施保证结构的整体抗震性能。

参考文献

[1]朱炳寅.高层混建筑混凝土结构技术规程应用与分析[M].中国建筑工业出版社，2012.

[2]郑济坤.双塔高层狭缝处高空钢结构连廊设计[J].福建建筑,2018,02(236).

[3]汪大绥,周建,王建，等.虹桥综合交通枢纽弱连体结构的抗震设计与分析[J].建筑结构,2009,04.