梁戰(zhàn)場(chǎng)， 潘奕康， 丘創(chuàng)寶， 吳增煜

（1.中國電建集團(tuán)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510000；2.廣州寶賢華瀚建筑工程設(shè)計(jì)有限公司，廣州 510000）

0 引言

近年來，隨著工程技術(shù)的進(jìn)步和人們對(duì)建筑品質(zhì)要求越來越高，建筑造型越來越復(fù)雜，尤其是連體建筑層出不窮，連體樣式也是多種多樣，根據(jù)連接體和主體結(jié)構(gòu)的連接情況，連體建筑分為剛性連接、半剛性連接及柔性連接[1,2]。連體建筑豐富了建筑立面，提升了建筑品質(zhì)，同時(shí)也對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。

許多學(xué)者對(duì)連體建筑進(jìn)行了諸多探索和工程實(shí)踐。李霆等[3]在某混合減震連體高層項(xiàng)目中探討了粘滯阻尼器和BRB支撐在連體結(jié)構(gòu)中的作用；朱鳴等[4]做了弱連體結(jié)構(gòu)整體模型與單體模型時(shí)程分析的對(duì)比研究，指出弱連接連廊對(duì)主樓影響較小，可以采用單塔的反應(yīng)譜分析結(jié)果作為主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)依據(jù)；張良蘭等[5]對(duì)某一復(fù)雜連體結(jié)構(gòu)做了靜力和動(dòng)力彈塑性分析，驗(yàn)證了連體結(jié)構(gòu)在大震作用下的可行性。另外，吳耀輝、張世順等[6,7]對(duì)大底盤雙塔連體及多塔連體建筑的抗震、減震性能、動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了細(xì)致分析，得到諸多有益的結(jié)論。

文中介紹了一種新型建筑連體形式。項(xiàng)目主體為兩棟住宅樓，在較矮住宅樓頂部二者有一層連廊連接，連廊與二者連廊下兩棟樓之間有格珊相連，主要介紹格柵的選型和構(gòu)造做法以及相連格柵對(duì)兩棟塔樓動(dòng)力性能的影響情況，為類似工程提供參考。

1 工程概況

項(xiàng)目是某房地產(chǎn)投資興建的兩棟住宅樓，均為剪力墻結(jié)構(gòu)體系，地下3層。1#樓地上28層、屋面高度89.25m，2#樓地上37層，屋面高度117.05m，二者底部有2層裙房，裙房在1#樓邊界處設(shè)抗震縫。兩個(gè)塔樓在26層有高空連廊，連廊以下、裙房以上兩個(gè)塔樓又有格柵相連。連廊與1#樓側(cè)滑動(dòng)連接，與2#樓剛接（即連廊結(jié)構(gòu)上歸屬2#樓），塔樓的效果圖及格柵相連示意圖，如圖1、圖2所示（右側(cè)樓高較低者為1#樓）。

圖1 塔樓效果圖

圖2 格柵相連平面示意圖

工程所在地區(qū)建筑抗震設(shè)防烈度為7度、場(chǎng)地類別為Ⅱ類，50年一遇基本風(fēng)壓為W0=0.5kPa，地面粗糙度C類；工程抗震設(shè)防類別為丙類、建筑安全等級(jí)為二級(jí)。

因文中主要針對(duì)格柵的選型及格柵對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響分析，各棟單體本身的結(jié)構(gòu)布置不作重要介紹，因此不再過多敘述結(jié)構(gòu)布置情況。

2 格柵的選型、構(gòu)造做法及計(jì)算分析

在建筑早期方案中，兩棟樓之間的豎向格柵為鋁方通，支撐鋁方通的主結(jié)構(gòu)梁為每隔兩層一道，且左右錯(cuò)落布置，如圖1所示。前期業(yè)主考慮不想在使用過程中對(duì)此造型進(jìn)行維護(hù)，且遵循建筑前期方案意圖，主結(jié)構(gòu)梁兩側(cè)錯(cuò)落布置的情況，主結(jié)構(gòu)梁擬采用懸挑混凝土梁，此時(shí)1#樓（右側(cè)較矮單體）挑梁長(zhǎng)度約為6.3m，2#樓挑梁長(zhǎng)度約12.0m?；炷练桨复嬖谌缦聠栴}：

（1） 剛度不足。支撐梁懸挑過大，其面內(nèi)和面外剛度不足，考慮支撐梁寬度有限，面外剛度相對(duì)更小。

（2） 施工過于麻煩?；炷林瘟航Y(jié)構(gòu)需要搭設(shè)通高腳手架，不但經(jīng)濟(jì)性差且嚴(yán)重影響工期。

（3） 建筑構(gòu)造不易處理。因1#、2#塔樓分別挑出支撐梁，其豎向鋁方通格柵也應(yīng)分屬1#、2#樓，但此鋁方通下方需固定在裙房頂、上方需固定在26層連廊底，裙房和連廊結(jié)構(gòu)上均歸屬2#樓，節(jié)點(diǎn)需做滑動(dòng)構(gòu)造，鋁方通較輕，若一端做滑動(dòng)構(gòu)造，勢(shì)必在正常使用時(shí)可能產(chǎn)生晃動(dòng)，產(chǎn)生安全隱患。

因以，將此支撐主梁（即格柵主梁，下同）選定為鋼結(jié)構(gòu)形式。

2.1 鋼梁格柵構(gòu)造

主支撐梁改為鋼梁仍需解決剛度問題，而鋼梁面內(nèi)、面外剛度更小，因此建議建筑設(shè)計(jì)師將兩側(cè)主梁錯(cuò)落布置改為拉通布置，鋼支撐梁直接連接1#和2#塔樓主體。此時(shí)新的問題出現(xiàn)，鋼梁直接連接了1#和2#樓，概念上形成了連體，其與主結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)如何處理才能將連體效應(yīng)降低到可以忽略的地步?？紤]到鋼梁跨度18m，垂直于鋼梁軸線兩個(gè)方向抗彎線剛度較小，初步判斷相對(duì)于兩個(gè)塔樓的側(cè)向和豎向剛度而言應(yīng)是基本可以忽略；但鋼梁軸向剛度很大，當(dāng)兩個(gè)樓沿著鋼梁軸線方向運(yùn)動(dòng)時(shí)其拉扯力將不可忽略，實(shí)際能起到連體作用，因此鋼梁節(jié)點(diǎn)做法需釋放軸向約束，但保留垂直于軸線的兩個(gè)方向的水平和轉(zhuǎn)動(dòng)約束。考慮裙房和連廊結(jié)構(gòu)上均歸屬2#樓，故釋放1#樓側(cè)鋼梁的軸向約束。

經(jīng)計(jì)算鋼支撐梁截面為300mm×550mm×14mm。其做法如圖3所示。

圖3 格柵梁節(jié)點(diǎn)大樣平面圖（單位：mm）

2.2 鋼梁格柵對(duì)主體結(jié)構(gòu)影響計(jì)算

采用YJK軟件，在雙塔之間建立支撐鋼梁，鋼梁在1#樓側(cè)釋放軸向約束，保留其他自由度約束，鋁方通格柵與支撐鋼梁鉸接，將鋁方通自重及按鋁方通和鋼梁按迎風(fēng)面換算的風(fēng)荷載輸在鋼梁上，進(jìn)行整體計(jì)算。

首先需考察帶格柵梁模型和不帶格柵梁模型的整體指標(biāo)差異，通過整體指標(biāo)的對(duì)比可反應(yīng)出釋放了軸向約束格柵連接體對(duì)兩個(gè)單體的影響程度，圖4為有、無格柵梁2#樓第一陣型圖、表1為2#樓的前3個(gè)周期對(duì)比。由圖表可知有無格柵梁對(duì)2#樓前三周期的影響微乎其微，差別均不超過1%，考查1#樓前3周期及兩棟樓各層剪力，其差別也均在1%以內(nèi)。由此可知，釋放了支撐鋼梁軸向約束后，長(zhǎng)寬比約為60的鋼梁較弱的抗彎剛度基本對(duì)兩棟樓無影響，兩棟樓仍可按各自單體模型進(jìn)行計(jì)算配筋。

圖4 有無格柵梁2#樓第一陣型（為便于對(duì)比未帶入連廊）

表1 2#樓不同模型下前三期周期對(duì)比

依據(jù)現(xiàn)有梁截面布置，考察模型計(jì)算結(jié)果，鋼梁最大應(yīng)力比僅0.35，尚有足夠的安全富裕。同時(shí)，注意到此鋼梁處于室外且以后檢修維護(hù)復(fù)雜，也對(duì)其反腐措施提出了較高要求。圖5為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖。

圖5 方案修改后格柵施工實(shí)景

2.3 格柵主梁剛度控制分析

兩棟樓之間相連格柵雖在高空，視覺距離較遠(yuǎn)，但對(duì)其豎向荷載及風(fēng)荷載下的剛度和變形也應(yīng)加以控制，以避免產(chǎn)生較大位移，引起視覺上的不舒服。

豎向鋁方通格柵屬于幕墻系統(tǒng)（幕墻設(shè)計(jì)人員根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)選擇鋁方通截面），水平格柵主梁為其支撐，屬于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

由于格柵為鏤空狀態(tài)，對(duì)格柵在時(shí)程風(fēng)荷載下的計(jì)算殊為困難，同時(shí)參照現(xiàn)行“荷載規(guī)范”，對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)，由于剛性較大，在結(jié)構(gòu)中不必考慮其共振分量，可通過陣風(fēng)系數(shù)近似考慮脈動(dòng)風(fēng)瞬間的增大因素[11]。故本節(jié)以靜力等效風(fēng)荷載下結(jié)構(gòu)的變形來近似預(yù)估結(jié)構(gòu)剛度。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，格柵主梁前兩階的振動(dòng)頻率為橫向 f1橫=6.1Hz，豎向 f1豎=6.8Hz，此種結(jié)構(gòu)為典型的自重輕、頻率高的輕型結(jié)構(gòu)，振動(dòng)設(shè)計(jì)應(yīng)該更多關(guān)注在靜荷載作用下其剛度是否滿足要求[12]。根據(jù)豎向鋁方通格柵和水平格柵主梁的迎風(fēng)面積，將風(fēng)荷載等效換算為作用在格柵主梁上的線荷載，計(jì)算可知，在豎向荷載及換算風(fēng)荷載作用下，格柵主梁的豎向和水平最大位移分別為6.37、13.01mm，撓度值分別為跨度的1/2800和1/1380，遠(yuǎn)小于規(guī)范限值，從側(cè)面反映，格柵主梁的剛度是足夠的，其振動(dòng)幅度也是可控的。

3 結(jié)語

文中主要針對(duì)兩棟樓之間的格柵連接體做了初步探討，包括格柵的選型、各種選型存在的設(shè)計(jì)和施工方面的問題、連接體對(duì)塔樓整體指標(biāo)的影響等，并得出如下結(jié)論：

（1） 格柵連接體的主支撐梁做鋼結(jié)構(gòu)是最為合適的，并且需釋放其一側(cè)的軸向約束。

（2） 釋放了軸向約束，長(zhǎng)寬比約為60的鋼梁較弱的抗彎剛度基本對(duì)兩棟樓無影響，兩棟樓仍可按各自單體模型進(jìn)行計(jì)算配筋。

（3） 參照豎向荷載作用下規(guī)范對(duì)鋼梁撓度的規(guī)定，長(zhǎng)寬比約為60的格柵主梁在本地區(qū)風(fēng)荷載作用下橫向位移原小于規(guī)范限值，其振動(dòng)幅度是可控的。