朱 振，楊衛(wèi)杰

（1、廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司 廣州 510620；2、廣州市設(shè)計院 廣州 510620）

0 引言

近年來，連體結(jié)構(gòu)因其特殊的建筑效果，應(yīng)用越來越廣泛。連體與塔樓之間的連接方式分為剛性連接和柔性連接2種［1］。柔性連接是指連體一端與塔樓之間鉸接，另一端設(shè)滑動支座，連體可以跟隨一側(cè)塔樓作一定的水平移動，從而釋放水平力；或者連體兩端均設(shè)滑動支座，與之相連的塔樓獨(dú)立工作；此2種情況下，連體結(jié)構(gòu)均受力較?。?］。但柔性連接時連體在強(qiáng)地震作用下，滑動位移較大，連接體容易滑落或與主體結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞［3］。剛性連接由于將兩側(cè)塔樓連成整體，剛度較大，可以較好地協(xié)調(diào)受力和變形，保證結(jié)構(gòu)安全性，但受力也較為復(fù)雜［4］。

1 工程概況

某高層住宅樓位于廣州市荔灣區(qū)，地上建筑面積約29 700 m2，地下建筑面積約4 000 m2。地下3層為整體地下室，地上30 層，結(jié)構(gòu)總高98.4 m，在24～30 層處做連體結(jié)構(gòu)，連體跨度約11.2 m。工程效果如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)效果及YJK模型Fig.1 Structure Effect and YJK Model

由于本工程連體跨度11.2 m，綜合考慮建筑物使用功能及后期維修養(yǎng)護(hù)等，最終采用剛性連接方案。標(biāo)準(zhǔn)層和連體層平面布置如圖2～圖3所示。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置Fig.2 Standard Floor Structure Plan

圖3 連體層結(jié)構(gòu)平面布置Fig.3 Floor Plan of Connected Layer Structure

本項目為剪力墻結(jié)構(gòu)體系，標(biāo)準(zhǔn)層單塔長向約36 m，Y向約21 m，連體層長向約83 m。為了不使兩主軸方向側(cè)向剛度相差過大，剪力墻墻肢盡量沿Y向布置，并在電梯間、樓梯間周邊布墻，形成筒體效應(yīng)，對筒內(nèi)樓板加強(qiáng)。負(fù)3層到首層剪力墻厚350 mm、混凝土強(qiáng)度C55；上部樓層逐步優(yōu)化到厚200 mm、混凝土強(qiáng)度C30。

本工程抗震設(shè)防烈度7 度，設(shè)計基本地震加速度0.1g，場地類別Ⅱ類，設(shè)計地震分組第一組，特征周期0.35 s。修正后的基本風(fēng)壓0.5 kN/m2，體型系數(shù)1.4，地面粗糙度類別B類，兩側(cè)塔樓均為剪力墻結(jié)構(gòu)。

2 連體結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于本結(jié)構(gòu)屬于體型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程：JGJ 3—2010》［5］應(yīng)至少采用2 種不同力學(xué)計算模型的軟件進(jìn)行整體計算，本文選取了Midas Gen 和YJK 軟件進(jìn)行對比分析。對連體區(qū)域樓板按彈性板6考慮，進(jìn)行樓板應(yīng)力分析。

3 整體分析結(jié)果

采用YJK 軟件計算結(jié)構(gòu)在恒載、活載、風(fēng)荷載和小震作用下的結(jié)構(gòu)動力特性，具體指標(biāo)如表1所示?？梢钥闯觯Y(jié)構(gòu)一階振型為Y向平動，二階振型為X向平動，與結(jié)構(gòu)剛度分布一致；三階振型表現(xiàn)為扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)因子1.00，結(jié)構(gòu)具有較好的抗扭剛度，周期比為0.85。在相同輸入?yún)?shù)下，Midas Gen 和YJK 軟 件 的 分 析 結(jié)果如表1所示。

表1 結(jié)構(gòu)動力特性Tab.1 Structural Dynamic Characteristics

經(jīng)2 種不同軟件的對比分析，結(jié)構(gòu)相關(guān)指標(biāo)均能滿足文獻(xiàn)［5］要求。地震作用下，X向結(jié)構(gòu)最大層間位移角為1/1 462（17層1塔），最大位移比為1.07（模型4層1塔）；Y向結(jié)構(gòu)最大層間位移角為1/1 413（22層1 塔），最大位移比為1.20（模型4 層1 塔）；此外補(bǔ)充計算了沿兩翼方向的地震作用并考慮最不利地震方向，得到X向最大層間位移角1/1 417（地震方向34°），Y向最大層間位移角1/1 376（地震方向56°）。

風(fēng)荷載作用下，X向結(jié)構(gòu)最大層間位移角為1/3 260（15 層1 塔），最大位移比為1.19（模型5 層1 塔）；Y向結(jié)構(gòu)最大層間位移角為1/1 043（18層1塔），最大位移比為1.04（模型33層1塔）。

地震作用下X向剛重比為3.88、Y向剛重比為4.02；風(fēng)荷載作用下X向剛重比為4.08、Y向剛重比為3.77，剛重比均大于文獻(xiàn)［5］5.4.1 條規(guī)定的1.4 和2.7，滿足整體穩(wěn)定的要求，計算時可以不考慮P-△效應(yīng)。

4 振型分析

由于雙塔形成連體結(jié)構(gòu)后，結(jié)構(gòu)長寬比較大（≈4），為保證結(jié)構(gòu)兩主軸方向側(cè)向剛度相對均勻，剪力墻布置時盡量沿Y向布置［6-7］。且質(zhì)心和剛心基本重合，結(jié)構(gòu)具有良好的抗側(cè)剛度和抗扭剛度。結(jié)構(gòu)在地震作用的前三階振型如圖4所示。

圖4 結(jié)構(gòu)前三階振型Fig.4 First Three Modes of the Structure

5 彈性時程分析

根據(jù)文獻(xiàn)［5］4.3.4條采用彈性時程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計算。按照符合Ⅱ類場地以及設(shè)計地震分組第一組對應(yīng)的特征周期Tg=0.35 的原則進(jìn)行選取，為使多組時程曲線的平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符，局部選取地震波的特征周期在0.30～0.45 s之間。人工模擬的加速度時程曲線采用YJK 軟件自帶或生成的特征周期為0.30～0.35 s的人工模擬的時程曲線［8］。

按建筑場地類別和設(shè)計地震分組選用不少于5組實際強(qiáng)震記錄和2組人工模擬的加速度時程曲線，計算結(jié)果取時程法的平均值和振型分解反應(yīng)譜法的較大值，多組時程曲線的平均地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符，其加速度時程的最大值按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范：GB 50011—2010》［9］表5.1.2-2采用。彈性時程分析時，每條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的65%，多條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的80%。

7條波的多遇地震時程分析與規(guī)范反應(yīng)譜的對比結(jié)果如圖5和表2所示。

圖5 規(guī)范譜與反應(yīng)譜對比Fig.5 Comparison of Gauge Spectrum and Response Spectrum

表2 彈性時程分析計算結(jié)果Tab.2 Elastic Time History Analysis and Calculation Results

6 樓板應(yīng)力分析

通過有限元方法對連體區(qū)域及相關(guān)范圍進(jìn)行樓板應(yīng)力分析，以保證結(jié)構(gòu)在小震下保持彈性狀態(tài)，本工程對大震作用補(bǔ)充計算，以保證連體結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下不失效［10］。結(jié)果如圖6～圖7所示。

圖6 小震下第26層（標(biāo)準(zhǔn)層11層）樓板應(yīng)力等值線Fig.6 Floor Stress Contour of the 26th Floor（11th floor of the standard floor）under a Small Earthquake （N/mm2）

圖7 大震下第26層（標(biāo)準(zhǔn)層11層）樓板應(yīng)力等值線Fig.7 Floor Stress Contour of the 26th Floor（11th floor of the standard floor）under a Major Earthquake （N/mm2）

根據(jù)計算結(jié)果，在小震作用下，除部分應(yīng)力集中區(qū)域外，樓板拉應(yīng)力均小于C30 混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計值1.43 MPa。在罕遇地震作用下樓板除部分應(yīng)力集中區(qū)域外，樓板拉應(yīng)力均小于C30 混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.01 MPa，對局部薄弱部位樓板進(jìn)行配筋加強(qiáng)。

7 構(gòu)造措施

⑴為協(xié)調(diào)兩側(cè)塔樓變形，加大連接體區(qū)域及相鄰一跨板厚至150 mm，板配筋雙層雙向。

⑵連接體區(qū)域X方向框架梁延伸一跨至塔樓范圍內(nèi)，并對通長筋加強(qiáng)。

⑶加大與X方向連接體框架梁相連的短墻肢厚度至400～600 mm，對此墻肢按柱建模計算配筋。與連接體相連的其余墻肢厚度不小于250 mm。

⑷按文獻(xiàn)［5］對連接體及與連接體相連的結(jié)構(gòu)構(gòu)件在連接體高度范圍及上、下層，抗震等級提高一級。

通過對結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件布置和連體區(qū)域等采取的加強(qiáng)措施，將《超限高層建筑工程設(shè)防專項審查技術(shù)要點(diǎn)》附件1 表2 的不規(guī)則項控制在了2 項以內(nèi)，具體為樓板不連續(xù)和構(gòu)件間斷（連體類）。

8 結(jié)語

連體結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)連體跨度、兩側(cè)塔樓高度及結(jié)構(gòu)形式等選取合適的連接形式。采取剛性連接時，結(jié)構(gòu)整體性較好，但由于連接體同時也承擔(dān)了約束兩側(cè)塔樓變形和受力的作用，對連接體及相連區(qū)域梁板整體性應(yīng)著重加強(qiáng)。