章少華, 王小盾, 王秀亮, 丁永君, 閆翔宇, 王 彬, 于敬海, 張錫治

(1 天津大學(xué)建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃研究總院有限公司，天津 300072；2 天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津 300072；3 臨沂城發(fā)地產(chǎn)置業(yè)集團(tuán)有限公司，臨沂 276034)

1 工程概況

翔宇旅游觀光打卡地項(xiàng)目位于山東省臨沂市河?xùn)|區(qū)濱河?xùn)|路與李公街交匯處,由2號(hào)樓、拱門(mén)和網(wǎng)紅樓組成,在離地約98.0m高度處通過(guò)連廊連為一體,形成多塔連體的高層建筑,建筑效果圖見(jiàn)圖1,各塔樓與連廊平面位置關(guān)系如圖2所示。連廊總長(zhǎng)約108.0m,寬度為5.0m,拱門(mén)頂處設(shè)置防震縫將連廊分成兩部分,跨度分別為57.8m和48.8m。

圖1 建筑效果圖

圖2 塔樓與連廊平面位置圖

該工程抗震設(shè)防烈度為8度(0.20g),設(shè)計(jì)地震分組為第二組,場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi),特征周期為0.40s;100年重現(xiàn)期風(fēng)壓為0.45kN/m2,地面粗糙度類(lèi)別為B類(lèi),100年重現(xiàn)期雪壓為0.45kN/m2。工程設(shè)計(jì)使用年限為50年,安全等級(jí)為一級(jí),抗震設(shè)防類(lèi)別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(lèi)。

2號(hào)樓為已有建筑,地下1層,地上27層,采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系,結(jié)構(gòu)高度為99.8m,建筑功能為酒店和辦公。網(wǎng)紅樓為新建建筑,地下2層,地上28層,采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系,結(jié)構(gòu)高度為124.6m,建筑功能為酒店和辦公。拱門(mén)為新建建筑,采用鋼結(jié)構(gòu),由4個(gè)鋼拱、斜撐及橫梁組成,拱頂高度為95.5m,主要用于觀賞,同時(shí)作為連廊的支承結(jié)構(gòu)。連廊采用鋼桁架結(jié)構(gòu),建筑功能為人行通道。

與常規(guī)的高層連體建筑相比,本項(xiàng)目的特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題如下:1)塔樓的結(jié)構(gòu)體系差別較大,2號(hào)樓和網(wǎng)紅樓采用鋼筋混凝土框架-剪力墻(核心筒)結(jié)構(gòu)體系,拱門(mén)采用鋼結(jié)構(gòu)體系,不同結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力特性及變形特性有較大差異;2)連體結(jié)構(gòu)的塔樓中既有新建建筑,也有既有建筑,如何減少連體部分對(duì)既有建筑受力性能的影響,降低加固設(shè)計(jì)和施工難度,減少加固成本需要重點(diǎn)關(guān)注;3)連廊具有連接位置高度較高和跨度較大等特點(diǎn),連廊與塔樓連接方式,以及連廊的抗風(fēng)與抗震設(shè)計(jì)是本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)難點(diǎn);4)連廊采用鋼桁架結(jié)構(gòu),其跨度較大,重量較輕,需關(guān)注連廊在行走荷載激勵(lì)下的振動(dòng)加速度,確保其滿(mǎn)足振動(dòng)舒適度要求。

針對(duì)本項(xiàng)目存在的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,本文主要研究大跨度鋼連廊在抗震以及在人行激勵(lì)下振動(dòng)控制設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,以期為類(lèi)似項(xiàng)目提供參考。

2 連廊結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)

2.1 連廊連接方式

高層建筑連體部分與塔樓的連接方式可分為強(qiáng)連接和弱連接兩種[1-2]。采用強(qiáng)連接方式時(shí),連廊應(yīng)具有足夠的剛度,設(shè)計(jì)除考慮豎向荷載外,更重要的是確保連體部分能夠協(xié)調(diào)兩端塔樓的受力和變形。對(duì)連體部位質(zhì)量和剛度相對(duì)較小的連體結(jié)構(gòu),通常采用弱連接方式,此時(shí)連體與塔樓相對(duì)獨(dú)立,連體部分受力較小。

對(duì)采用弱連接方式的連體高層結(jié)構(gòu),其連體部分與塔樓連接處是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部位。已有震害經(jīng)驗(yàn)表明[3],跨度較大、位置較高的架空連廊易發(fā)生嚴(yán)重破壞,主要震害表現(xiàn)為連廊塌落。因此,采用弱連接方式時(shí),設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注連接部位與塔樓間的相對(duì)滑移量,并采取相應(yīng)的防墜落、防碰撞等措施。

本工程連廊兩端的塔樓結(jié)構(gòu)形式、高度、體量和剛度差別較大;同時(shí)連廊跨度較大,自身剛度較弱,無(wú)法有效協(xié)調(diào)兩端塔樓的受力和變形。若采用強(qiáng)連接方式,三塔連體結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜,在地震作用下,一方面連廊自身受力復(fù)雜,容易發(fā)生破壞,另一方面連廊也給各塔樓產(chǎn)生較大的作用力,影響塔樓動(dòng)力特性,對(duì)其抗震性能產(chǎn)生不利影響,尤其對(duì)已建成的2號(hào)樓,為抵抗連廊對(duì)其產(chǎn)生的巨大水平力作用,其結(jié)構(gòu)的加固量較大,項(xiàng)目造價(jià)大幅提升,工期增加。因此,本項(xiàng)目連廊連接方式的選擇基于以下設(shè)計(jì)理念,即在保證各塔樓具有獨(dú)立、穩(wěn)定的受力和抗震性能前提下,采用滑動(dòng)連接方式,在弱化連廊剛度的同時(shí)最大程度地降低連廊對(duì)各塔樓受力和抗震性能的影響。

基于上述設(shè)計(jì)理念,本項(xiàng)目連廊與兩端塔樓的具體連接方式為:連廊一(2號(hào)樓與拱門(mén)間連廊)左側(cè)與2號(hào)樓采用滑動(dòng)連接,右側(cè)與拱門(mén)采用鉸接連接;連廊二(拱門(mén)與網(wǎng)紅樓間連廊)左側(cè)與拱門(mén)采用鉸接連接,右側(cè)與網(wǎng)紅樓采用滑動(dòng)連接。通過(guò)連廊與塔樓間的連接方式可使連廊與各塔樓間形成弱連接,減少連廊對(duì)各塔樓結(jié)構(gòu)的影響。在水平荷載作用下,2號(hào)樓、拱門(mén)和網(wǎng)紅樓間的運(yùn)動(dòng)機(jī)理如圖3所示。

圖3 弱連接方式下多塔結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)機(jī)理

2.2 連廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

連廊一和連廊二的跨度分別57.8m和48.8m,屬于大跨度連廊。根據(jù)前述確定的弱連接方式,連廊采用空間鋼桁架結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)可有效減輕連廊結(jié)構(gòu)自重,減小連廊兩端支承結(jié)構(gòu)受力,有利于結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[4]。連廊結(jié)構(gòu)三維圖如圖4所示,主要由兩榀平行的變截面主桁架、上下弦水平支撐和桁架間豎向支撐組成,以形成穩(wěn)定的空間桁架結(jié)構(gòu)體系,連廊上部頂棚鋼結(jié)構(gòu)采用剛架結(jié)構(gòu)體系,柱底與桁架上弦梁鉸接連接,沿縱向均勻設(shè)置系桿,并間隔設(shè)置柱間支撐。

圖4 連廊結(jié)構(gòu)三維示意圖

連廊結(jié)構(gòu)立面圖及跨中斷面圖分別如圖5、6所示。連廊一左側(cè)與2號(hào)樓的滑動(dòng)連接端設(shè)置在屋頂,支座標(biāo)高為100.70m,連廊二右側(cè)與網(wǎng)紅樓的滑動(dòng)連接端設(shè)置在懸挑平臺(tái),支座標(biāo)高為98.95m,連廊一右側(cè)以及連廊二左側(cè)與拱門(mén)的鉸接端均設(shè)置在拱門(mén)頂部的鋼平臺(tái),支座標(biāo)高為99.35m。

圖5 連廊結(jié)構(gòu)立面圖

圖6 連廊結(jié)構(gòu)跨中斷面圖

連廊一跨中處桁架高度為4.8m,支座處桁架高度為3.0m,連廊二跨中處桁架高度為4.5m,支座處桁架高度為2.8m。連廊一主要截面為:下弦桿采用φ630×30圓鋼管,上弦梁采用HW300×300×10×15、H300×300×20×25,斜腹桿采用φ245×12、φ299×16圓鋼管,豎腹桿采用φ159×6、φ180×8圓鋼管;連廊二主要截面為:下弦桿采用φ630×30圓鋼管,上弦梁采用HW300×300×10×15、H300×300×16×20,斜腹桿采用φ219×10、φ273×14圓鋼管,豎腹桿采用φ159×6、φ180×8圓鋼管;連廊頂棚鋼結(jié)構(gòu)弧形主梁采用HM340×250×9×14,縱向系桿及支撐采用φ180×8。除下弦桿采用Q390GJC外,其他構(gòu)件均采用Q355B鋼材;天廊樓板采用鋼筋桁架樓承板,板厚130mm,混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。

2.3 連廊支座選型與布置

連廊支座是連廊與塔樓連接的關(guān)鍵部位,也是連體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。為確保實(shí)現(xiàn)預(yù)期的弱連接設(shè)計(jì)理念,經(jīng)綜合對(duì)比分析,本工程連廊的固定鉸支座和滑動(dòng)鉸支座均采用成品抗震球型鋼支座。連廊一和連廊二的支座布置如圖7所示,支座均設(shè)置在連廊鋼桁架下弦桿處。支座設(shè)計(jì)中固定鉸支座在兩個(gè)方向均提供約束,雙向滑動(dòng)鉸支座在兩個(gè)方向均可實(shí)現(xiàn)自由滑動(dòng);單向滑動(dòng)鉸支座沿連廊縱向可自由滑動(dòng),在連廊橫向方向上,支座設(shè)置抗剪栓釘,控制支座水平承載力大于風(fēng)荷載和多遇地震作用下產(chǎn)生的水平力,為連廊提供橫向約束,滿(mǎn)足正常使用狀態(tài)要求。在大震作用下,抗剪栓釘失效,支座沿連廊橫向可自由滑動(dòng),即單向滑動(dòng)鉸支座在大震下變?yōu)殡p向滑動(dòng)鉸支座,從而減弱大震下連廊與塔樓間的相互作用,實(shí)現(xiàn)預(yù)期弱連接設(shè)計(jì)理念。

圖7 連廊支座布置示意圖

在連廊與各塔樓的支座選型和布置中,考慮到弱連接體對(duì)與之采用固定鉸連接一側(cè)的塔樓振動(dòng)特性和受力性能有一定程度的影響,故將固定鉸支座均設(shè)置在拱門(mén)頂鋼平臺(tái)處,其影響可在拱門(mén)設(shè)計(jì)中予以考慮,盡量減弱連廊對(duì)2號(hào)樓和網(wǎng)紅樓,尤其是對(duì)已建2號(hào)樓的影響,降低其加固設(shè)計(jì)的難度。

基于前述的弱連接設(shè)計(jì)理念,連廊各支座的性能需求見(jiàn)表1,連廊各支座的豎向承載力均滿(mǎn)足風(fēng)荷載、多遇地震和罕遇地震下的豎向承載能力需求。

表1 支座性能需求

3 連廊對(duì)塔樓地震響應(yīng)的影響

采用ETABS軟件建立各獨(dú)立塔樓模型和帶連廊的整體模型,其中各獨(dú)立塔樓模型中,將連廊折算為質(zhì)量進(jìn)行分析。通過(guò)多遇地震下的反應(yīng)譜分析和彈性時(shí)程分析,對(duì)各獨(dú)立塔樓與整體模型計(jì)算得到的地震響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,研究弱連接體連廊對(duì)塔樓抗震性能的影響。

3.1 連廊對(duì)塔樓動(dòng)力特性的影響

表2為各獨(dú)立塔樓和整體模型的前9階周期與振型比較,圖8為各獨(dú)立塔樓模型與整體模型結(jié)構(gòu)振型的對(duì)比。由表2和圖8可知:1)各塔樓主要振型均能在整體模型和獨(dú)立塔樓模型中得到對(duì)應(yīng)呈現(xiàn),整體模型中未出現(xiàn)塔樓聯(lián)合振動(dòng)現(xiàn)象;2)2號(hào)樓和網(wǎng)紅樓獨(dú)立塔樓模型得到的周期與整體模型基本接近,差異不超過(guò)5%,連廊對(duì)2號(hào)樓和網(wǎng)紅樓的振動(dòng)特性影響不大,各塔樓均可獨(dú)立振動(dòng);3)拱門(mén)獨(dú)立塔樓模型得到的周期與整體模型有較大差異,X向和Y向平動(dòng)周期差異分別為25%和68%,扭轉(zhuǎn)周期差別不大,可見(jiàn)連廊對(duì)拱門(mén)的振動(dòng)特性會(huì)產(chǎn)生較大影響,應(yīng)在設(shè)計(jì)中考慮。

表2 獨(dú)立塔樓和整體模型動(dòng)力特性對(duì)比

圖8 獨(dú)立塔樓模型與整體模型結(jié)構(gòu)振型對(duì)比

3.2 連廊對(duì)塔樓基底剪力的影響

表3為整體模型與各獨(dú)立塔樓模型計(jì)算得到的塔樓基底剪力對(duì)比。由表3可知,1)連廊對(duì)2號(hào)樓和網(wǎng)紅樓基底剪力的影響較小,最大差異不超過(guò)6%,表明采用弱連接方式后,對(duì)與連廊一端滑動(dòng)連接的塔樓,其基底剪力基本保持不變;2)連廊對(duì)拱門(mén)兩個(gè)方向的基底剪力均有較大影響,與獨(dú)立塔樓模型相比,整體模型計(jì)算得到的基底剪力增大約18%～40%,其影響需要在設(shè)計(jì)中考慮。

表3 獨(dú)立塔樓和整體模型基底剪力對(duì)比

3.3 連廊對(duì)塔樓樓層位移角的影響

表4為整體模型與各獨(dú)立塔樓模型計(jì)算得到的塔樓最大樓層位移角對(duì)比,圖9、10分別給出了2號(hào)樓和網(wǎng)紅樓獨(dú)立塔樓模型與整體模型樓層位移角曲線(xiàn)對(duì)比。由表4、圖9、10可知,1)連廊對(duì)2號(hào)樓和網(wǎng)紅樓樓層位移角的影響較小,最大差異不超過(guò)5%;2)連廊對(duì)拱門(mén)兩個(gè)方向樓層位移角有較大影響,與獨(dú)立塔樓模型相比,整體模型計(jì)算得到的頂點(diǎn)位移角在X向和Y向分別增大34%和36%。

表4 獨(dú)立塔樓和整體模型最大樓層位移角對(duì)比

圖9 2號(hào)樓獨(dú)立塔樓與整體模型樓層位移角對(duì)比

圖10 網(wǎng)紅樓獨(dú)立塔樓與整體模型樓層位移角對(duì)比

3.4 連廊對(duì)塔樓頂點(diǎn)位移響應(yīng)的影響

圖11～13分別為2號(hào)樓、拱門(mén)和網(wǎng)紅樓獨(dú)立塔樓與整體模型小震彈性時(shí)程分析得到結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移時(shí)程曲線(xiàn)對(duì)比。由圖可知:1)整體模型計(jì)算得到的2號(hào)樓和網(wǎng)紅樓結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移時(shí)程曲線(xiàn)與獨(dú)立塔樓模型計(jì)算結(jié)果基本吻合,說(shuō)明連廊對(duì)2號(hào)樓和網(wǎng)紅樓頂點(diǎn)位移響應(yīng)的影響較小;2)整體模型計(jì)算得到的拱門(mén)頂點(diǎn)位移時(shí)程曲線(xiàn)與獨(dú)立塔樓模型計(jì)算結(jié)果有較大差異,獨(dú)立塔樓模型計(jì)算得到的頂點(diǎn)位移時(shí)程響應(yīng)小于整體模型,說(shuō)明考慮連廊的影響后,拱門(mén)在地震作用下的頂點(diǎn)位移響應(yīng)增大,連廊對(duì)拱門(mén)的影響需要在設(shè)計(jì)中予以考慮。

圖11 2號(hào)樓獨(dú)立塔樓與整體模型頂點(diǎn)位移響應(yīng)對(duì)比

圖12 拱門(mén)獨(dú)立塔樓與整體模型頂點(diǎn)位移響應(yīng)對(duì)比

圖13 網(wǎng)紅樓獨(dú)立塔樓與整體模型頂點(diǎn)位移響應(yīng)對(duì)比

3.5 小結(jié)

多遇地震作用下各獨(dú)立塔樓與整體模型的反應(yīng)譜和時(shí)程分析結(jié)果表明,通過(guò)在連廊與2號(hào)樓、網(wǎng)紅樓連接一側(cè)設(shè)置滑動(dòng)支座,實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)理念,減弱了連廊對(duì)2號(hào)樓和網(wǎng)紅樓的影響。2號(hào)樓和網(wǎng)紅樓獨(dú)立塔樓和整體模型的動(dòng)力特性基本一致,整體模型下塔樓結(jié)構(gòu)基底剪力、樓層位移角和頂點(diǎn)位移時(shí)程曲線(xiàn)等地震響應(yīng)與獨(dú)立塔樓模型計(jì)算結(jié)果基本相當(dāng)。因此,對(duì)2號(hào)樓和網(wǎng)紅樓可按照獨(dú)立塔樓模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)。

對(duì)與連廊一側(cè)采用固定鉸支座連接的拱門(mén)結(jié)構(gòu),其獨(dú)立塔樓和整體模型的動(dòng)力特征有較大差異,整體模型下塔樓結(jié)構(gòu)基底剪力、樓層位移角和頂點(diǎn)位移時(shí)程曲線(xiàn)等地震響應(yīng)均大于獨(dú)立塔樓模型計(jì)算結(jié)果。因此,拱門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮連廊對(duì)其抗震性能產(chǎn)生的影響,按整體模型和獨(dú)立塔樓模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。

4 支座設(shè)計(jì)

連廊與2號(hào)樓以及網(wǎng)紅樓連接一側(cè)的滑動(dòng)支座的位移限值應(yīng)滿(mǎn)足多塔結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下支座的位移需求。因此,對(duì)帶連廊的多塔整體模型進(jìn)行了罕遇地震下的彈塑性時(shí)程分析,得到連廊各滑動(dòng)支座處的最大水平位移如表5所示,圖14給出了連廊一滑動(dòng)端滑動(dòng)支座A1在罕遇地震人工波作用下的支座變形時(shí)程曲線(xiàn)。根據(jù)罕遇地震下各支座的計(jì)算結(jié)果,確定連廊一滑動(dòng)支座A1～A3以及和連廊二滑動(dòng)支座D1～D3的滑移量為±800mm,轉(zhuǎn)角0.02rad;滑動(dòng)支座B1、B3、C1和C3的滑移量為±100mm,轉(zhuǎn)角0.02rad。

表5 連廊滑動(dòng)支座最大水平位移/mm

圖14 連廊一A1支座變形時(shí)程曲線(xiàn)

圖15為連廊一滑動(dòng)支座A1、A3詳圖。由于連廊滑動(dòng)端的滑動(dòng)支座分別設(shè)置在2號(hào)樓屋頂平臺(tái)以及網(wǎng)紅樓懸挑平臺(tái)上,故無(wú)需考慮與塔樓的碰撞問(wèn)題。設(shè)計(jì)時(shí)在支撐平臺(tái)上設(shè)置雙向限位裝置以及防墜落鋼拉索(圖16),避免連廊滑落。

圖15 連廊一滑動(dòng)支座A1、A3詳圖

圖16 防墜落鋼拉索示意圖

5 連廊減振控制分析

本項(xiàng)目連廊采用空間鋼桁架結(jié)構(gòu)體系,重量較輕,跨度較大,自振頻率較小,在人行荷載激勵(lì)下引起的結(jié)構(gòu)豎向和橫向振動(dòng)問(wèn)題需要重點(diǎn)考慮[5-6]。連廊一和連廊二結(jié)構(gòu)的自振頻率計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。由表可知:1)連廊一和連廊二的豎向自振頻率分別為2.31、2.79Hz,均小于3Hz,不滿(mǎn)足規(guī)范對(duì)連廊結(jié)構(gòu)豎向自振頻率的要求[6-8];2)連廊一和連廊二的橫向自振頻率分別為2.24、2.95Hz,均大于1.2Hz,滿(mǎn)足規(guī)范對(duì)連廊結(jié)構(gòu)橫向自振頻率的要求[9]。連廊的豎向振動(dòng)頻率位于連廊結(jié)構(gòu)的不利頻率區(qū)間范圍,即1.25～4.6Hz[9],在人行荷載激勵(lì)易引起共振。因此,有必要針對(duì)連廊在不利頻率區(qū)間的模態(tài)進(jìn)行分析,采取減振控制措施。本項(xiàng)目通過(guò)采用調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD),針對(duì)不滿(mǎn)足頻率要求的第一階豎向頻率進(jìn)行控制,限于篇幅限制,連廊減振控制分析結(jié)果以連廊一為例進(jìn)行介紹。

表6 連廊自振頻率

5.1 荷載激勵(lì)與荷載工況

根據(jù)《建筑樓蓋振動(dòng)舒適度技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 441—2019)[9],連廊舒適度分析時(shí)采用的荷載激勵(lì)主要包括單人行走激勵(lì)和人群荷載激勵(lì),其中單人行走激勵(lì)采用定點(diǎn)激勵(lì)方法。單人行走激勵(lì)荷載F(t)按式(1)計(jì)算:

(1)

式中:Pp為行人重量,取0.7kN;γi為第i階動(dòng)力因子,γ1、γ2、γ3分別為0.5、0.2和0.1;φi為第i階相位角,φ1、φ2和φ3分別為0、π/2和π/2;f1為第一階荷載頻率;t為時(shí)間。

連廊的人群荷載激勵(lì)包括人群豎向荷載和人群橫向荷載。連廊單位面積的人群豎向荷載激勵(lì)按式(2)、(3)計(jì)算,人群橫向荷載激勵(lì)按式(4)計(jì)算。

(2)

(3)

(4)

基于人行荷載和人群荷載激勵(lì)所對(duì)用的頻率范圍和激勵(lì)方式,連廊舒適度分析采用的荷載工況見(jiàn)表7。采用SAP2000軟件進(jìn)行連廊振動(dòng)舒適度分析,計(jì)算中鋼材彈性模量不變,混凝土的彈性模量放大1.35倍,活荷載取0.35kN/m2。連廊振動(dòng)峰值加速度限值為:豎向0.15m/s2、橫向0.10m/s2。

表7 荷載工況

5.2 TMD方案與減振效果

連廊第一階豎向頻率為2.31Hz,為一階對(duì)稱(chēng)彎曲振型,連廊跨中豎向位移最大。經(jīng)多次循環(huán)優(yōu)化設(shè)計(jì),在連廊跨中區(qū)域布置7套TMD,見(jiàn)圖17。TMD質(zhì)量為1 500kg,剛度為298kN/m,阻尼系數(shù)為3.9kN·s/m。

圖18為減振前后工況1和工況2下連廊豎向振動(dòng)加速度時(shí)程曲線(xiàn)對(duì)比。由圖可知,在連廊跨中區(qū)域布置TMD后,工況1下連廊豎向振動(dòng)峰值加速度由0.025 4m/s2減小至0.007 6m/s2,減振率約為70%;工況2下連廊豎向振動(dòng)峰值加速度由0.166m/s2減小至0.050m/s2,減振率約為70%。減振后連廊豎向振動(dòng)最大加速度為0.050m/s2,滿(mǎn)足規(guī)范對(duì)豎向峰值加速度限值要求。

圖18 連廊豎向振動(dòng)加速度時(shí)程曲線(xiàn)對(duì)比

6 結(jié)論

(1)根據(jù)本項(xiàng)目連體結(jié)構(gòu)的跨度、高度以及各塔樓的剛度和動(dòng)力特性差異,采用弱連接設(shè)計(jì)理念來(lái)降低大跨度連廊對(duì)各塔樓受力和抗震性能的影響。分析結(jié)果表明,采用弱連接方案來(lái)減少連廊對(duì)各塔樓的影響是合理可行的解決方案。

(2)對(duì)與連廊采用滑動(dòng)支座連接一端的塔樓,其獨(dú)立塔樓和整體模型的動(dòng)力特性基本一致,整體模型下塔樓結(jié)構(gòu)基底剪力、樓層位移角和頂點(diǎn)位移時(shí)程曲線(xiàn)等地震響應(yīng)與獨(dú)立塔樓模型計(jì)算結(jié)果基本相當(dāng)。塔樓設(shè)計(jì)時(shí)可按獨(dú)立塔樓模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(3)對(duì)本項(xiàng)目中與連廊采用固定鉸支座連接一端的塔樓,其獨(dú)立塔樓和整體模型的動(dòng)力特征有較大差異,整體模型下塔樓結(jié)構(gòu)基底剪力、樓層位移角和頂點(diǎn)位移時(shí)程曲線(xiàn)等地震響應(yīng)均大于獨(dú)立塔樓模型計(jì)算結(jié)果。故設(shè)計(jì)中考慮連廊對(duì)其抗震性能的影響,按整體模型和獨(dú)立塔樓模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。

(4)大震彈塑性時(shí)程分析結(jié)果表明,連廊支座布置方案實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的弱連接設(shè)計(jì)理念,選取的抗震支座能夠滿(mǎn)足大震下的變形需求;同時(shí)通過(guò)在支撐平臺(tái)上設(shè)置雙向限位裝置以及防墜落鋼拉索,可避免連廊滑落,形成第二道防線(xiàn)。

(5)大跨鋼連廊因其質(zhì)量較輕、跨度較大和自振頻率較小等特點(diǎn),在行走荷載激勵(lì)下的豎向振動(dòng)加速度不滿(mǎn)足規(guī)范限值要求;通過(guò)采用TMD減振控制設(shè)計(jì),大跨連廊在人群荷載激勵(lì)下的豎向振動(dòng)加速度響應(yīng)減小顯著,減振率達(dá)到70%,減振后豎向振動(dòng)加速度滿(mǎn)足規(guī)范要求。