劉烽鋒，鄭志剛

（中建三局集團有限公司廣州分公司，廣東廣州 510220）

1 工程概況

白云金控·未來產(chǎn)業(yè)加速基地項目位于廣州市白云區(qū)民營科技園未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新核心區(qū)內(nèi)，派特斯小鎮(zhèn)東側(cè)，集美化妝品有限公司西側(cè)，北太路北側(cè)，綠地云央西南側(cè)。

該工程結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年。建筑安全等級為二級，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級，抗震設(shè)防類別為丙類。工程抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度0.1g，建筑場地的類別為Ⅱ類，設(shè)計地震分組為第一組，特征周期Tg=0.35s，基本風(fēng)壓w0=0.5，地面粗糙度類別為B類。

該工程共有1#樓，1#樓輔樓，2#樓，3#樓四棟單體，單體間嵌固端以上部分采用抗震縫分開。其中2#樓和3#樓之間4~6層部位設(shè)有連廊。其平面和立面圖分別如圖1和圖2所示。

圖1 連廊平面

圖2 連廊立面

2 結(jié)構(gòu)體系

本工程2#樓為框架結(jié)構(gòu)，建筑高度33.9m，3#樓為框架結(jié)構(gòu)，建筑高度21.3m。2#樓主要柱跨為8.4m×9.4m，主要柱尺寸為600×900，與連廊相連的柱尺寸為800×1000。3#樓主要柱跨為8.4m×8.1m，主要柱尺寸為700×700，與連廊相連的柱尺寸為800×1000。

連廊跨度32.4m，寬度17.4m，共兩層，層高4.2m，采用三榀桁架組成。三層樓板，采用鋼筋桁架樓承板。次梁采用組合鋼梁，兩端鉸接，主梁兩端剛接。鉛芯橡膠支座型式的滑動—鉸接支座，將多塔連體結(jié)構(gòu)通過連廊產(chǎn)生的偶聯(lián)效應(yīng)限制在一定范圍內(nèi)。

3 支座布置原則

支座布置有兩種方式：①集中布置；②分散布置。集中布置將支座布置于桁架底部，各層的荷載從底部支座傳遞至主體結(jié)構(gòu)，分散布置為逐層設(shè)置支座，各層荷載根據(jù)剛度分配至各層主體。集中布置的優(yōu)點為力傳遞路線簡單明確，缺點為支座牛腿受力較大，牛腿設(shè)計較困難。分散布置的優(yōu)點為支座受力較小，降低牛腿設(shè)計難度，缺點為傳力路徑復(fù)雜，受力不明確，對安裝要求較高。

本項目工期較緊，如采用集中布置，牛腿須采用勁性混凝土方能在截面限制條件內(nèi)滿足承載力要求。綜合考慮后，決定采用分散布置。有效降低各支座處承擔(dān)的豎向荷載，采用混凝土牛腿即能滿足承載力要求。同時要求施工安裝時，應(yīng)在地面組裝成型后，再逐榀整體吊裝，使施工時的構(gòu)件剛度與計算假定相符。

支座的選擇應(yīng)符合計算假定，鉸接支座考慮DX，DY，DZ三個方向的約束，滑動支座考慮DX，DZ兩個方向的約束，DY向為桁架方向，DX向為桁架面外方向。同時支座需要滿足安裝便捷，檢修方便，便于更換等要求。綜合對比考慮了摩擦擺支座、球鉸支座、鉛芯橡膠支座等各類支座型式。

鉛芯橡膠支座具有較大的初始剛度，在持久、短暫工況下具備良好的使用性，各支座可視為鉸支座，且具備良好的變形恢復(fù)能力，其水平恢復(fù)力模型詳圖3。大震屈服后水平剛度折減至原來的不到10%，屈服的支座可視為滑動支座，能延長結(jié)構(gòu)固有周期減小地震反應(yīng)。相同性能下，鉛芯橡膠支座的尺寸較小，可降低牛腿承擔(dān)的偏心彎矩。支座與牛腿及連廊采用螺栓連接，便于檢修及更換。最終確定使用鉛芯橡膠支座，支座布置如圖4所示，選用的支座型號均為LRB600型鉛芯橡膠支座，鉛芯橡膠支座構(gòu)造詳見圖5。

圖3 鉛芯橡膠支座水平恢復(fù)力模型

圖4 鉛芯橡膠支座布置

圖5 鉛芯橡膠支座構(gòu)造

對鉛芯橡膠支座而言，在罕遇地震下的水平位移限值不應(yīng)超過支座有效直徑的0.55倍和支座內(nèi)部橡膠總厚度3.0倍二者的較小值。根據(jù)本項目選用的支座型號，可以計算得到0.55D=0.55×600=330mm，3Tr=3×94=282mm。故水平位移限值可取282mm。當(dāng)罕遇地震下的支座水平位移相對水平位移限值較小時，可認為連廊無墜落風(fēng)險，可不增加防墜落措施。

4 結(jié)構(gòu)計算原則與分析結(jié)果

4.1 主體結(jié)構(gòu)計算原則與分析結(jié)果

主體結(jié)構(gòu)采用YJK軟件分析設(shè)計，2#樓及3#樓按單塔計算分析，連廊轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的恒載及活載輸入至相應(yīng)部位。樓板采用剛性板模型，與連廊相連附近區(qū)域采用彈性板模型。水平多遇地震作用下反應(yīng)譜分析考慮偶然偏心影響，振型參與質(zhì)量不小于結(jié)構(gòu)總質(zhì)量的90%。與連接體相連的框架柱、梁按中震彈性進行設(shè)計，且將抗震等級提高一級。

單塔計算分析的前3階自振周期結(jié)果詳表1。從表中數(shù)據(jù)分析，得出以下結(jié)論。由于兩個塔樓體型相差較大，因此前3階自振周期也相差較大。兩個塔樓的扭轉(zhuǎn)周期比均不超過0.85，抗扭剛度均較大。自振周期相差大時，采用弱連接可以有效降低連接體受力，降低構(gòu)件設(shè)計難度。抗扭剛度較大可以有效降低連接體支座的扭轉(zhuǎn)位移。

采用YJK軟件分析小震彈性時程。選取2組人工波及5組天然波。時程平均地震影響系數(shù)曲線與反應(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。每條時程曲線的結(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%，不大于135%，多條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的80%，不大于120%[1]。根據(jù)時程分析結(jié)果對反應(yīng)譜水平地震剪力進行放大。

為了解在罕遇地震下連接體的位移情況，合理設(shè)置兩端防震縫間距，采用YJK軟件對結(jié)構(gòu)進行等效彈性大震分析，參數(shù)輸入時，結(jié)構(gòu)阻尼比增加0.02，周期折減系數(shù)增加為0.8，特征周期增大0.05s，中梁剛度放大系數(shù)改為1.5，考慮雙向地震，剪重比、薄弱層、0.2V0等不進行調(diào)整。計算得到的各層各支座大震位移包絡(luò)為，2#樓85.11mm（X向）、86.42mm（Y向），3#樓82.41mm（X向）、64.85mm（Y向），防震縫間距應(yīng)大于兩樓大震位移包絡(luò)值的絕對值之和，設(shè)為210mm，以保證結(jié)構(gòu)在大震作用下有足夠的變形區(qū)間。

4.2 連廊計算原則與分析結(jié)果

架空連廊鋼桁架的構(gòu)件均采用Q355鋼構(gòu)件，本連廊由三榀桁架組成，其中邊榀桁架水平桿件采用H型鋼H600×500×16×26，豎向桿件采用箱型截面B500×500×30×30，斜腹桿采用熱軋H型鋼HW350×350及HW300×300。中間榀桁架水平桿件采用H型鋼H600×500×16×28，豎向桿件采用箱型截面B550×500×30×50，斜腹桿采用H型鋼H400×400×13×26、熱軋H型鋼HW350×350及HW300×300。連廊的樓板采用厚120mm鋼筋桁架樓承板組合樓板。組合剛梁與混凝土樓板構(gòu)成了一個樓板平面內(nèi)的水平傳力體系，三層樓板與三榀桁架共同構(gòu)成了一個空間桁架體系，有效的增加了鋼連廊抗側(cè)剛度和抗扭剛度。連廊樓板鋼筋采用雙層雙向通長布置，最小配筋率采用0.25%，壓型鋼板與鋼梁之間的連接栓釘適當(dāng)加密。

采用MIDAS軟件對連廊進行中震分析，得到中震作用連廊桁架桿件應(yīng)力比詳表2，桁架整體變形詳圖6，樓板應(yīng)力詳圖7及圖8。

圖6 架整體變形（單位：mm）

圖7 樓板EX作用下sig-xx應(yīng)力（單位：N/mm2）

圖8 樓板EY作用下sig-yy應(yīng)力（單位：N/mm2）

表2 桁架桿件應(yīng)力比

由圖表數(shù)據(jù)知，本項目采用的構(gòu)件截面滿足中震彈性的要求，桁架在中震作用下變形較小，樓板在中震作用下的主拉應(yīng)力、剪應(yīng)力小于混凝土抗拉強度設(shè)計值。

采用MIDAS軟件對連廊的振動舒適度進行分析計算。舒適度分析計算包含自振頻率驗算與振動加速度驗算。舒適度計算時，鋼—混凝土組合樓蓋混凝土的彈性模量按現(xiàn)行國家標(biāo)準《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50010—2010）的規(guī)定數(shù)值放大1.35倍，樓面活荷載采用有效均布活荷載[2]。連廊樓蓋的周期及頻率計算結(jié)果詳表3，樓蓋最大加速度計算結(jié)果詳圖9。

表3 樓蓋特征值分析結(jié)果

圖9 樓蓋加速度分析結(jié)果

由圖表知，模態(tài)1為樓蓋第一階豎向自振頻率（周期），其值為4.75Hz＞3Hz，滿足規(guī)范要求。采用三人并排行走的單步行走分析，樓板最大加速度為0.03416m/s2＜0.15m/s2滿足規(guī)范要求[3]。

4.3 牛腿計算原則與分析結(jié)果

計算采用的荷載的合理可靠為牛腿設(shè)計的重點。本項目牛腿設(shè)計采用MIDAS軟件對連廊進行小震及中震分析，得到各工況下的支座反力。對中震工況、小震工況、持久短暫工況下的各項反力進行組合，取最不利工況為承載力驗算控制工況進行驗算。同時考慮到牛腿為靜定構(gòu)件，對承載力驗算的作用進行一定比例的放大，放大系數(shù)為1.1~1.5左右。同時在建筑造型允許的情況下，牛腿剪跨比a/h0應(yīng)控制在0.3以內(nèi)，以取消牛腿內(nèi)的彎起鋼筋，降低施工難度，方便支座埋件安裝。

5 結(jié)語

連體結(jié)構(gòu)因受力的復(fù)雜性，通常造成連廊構(gòu)件及與連廊相連構(gòu)件的構(gòu)造比較復(fù)雜，對施工造成較大困擾，本項目從方便施工，縮短建設(shè)工期，降低施工成本的角度出發(fā)，精心設(shè)計，在滿足結(jié)構(gòu)的安全性的前提下，實現(xiàn)了構(gòu)造比較簡單的構(gòu)件設(shè)計。對類似項目具有較大的參考價值。