某柔性连接连体结构设计

2022-03-21版权声明我要投稿

  摘要:随着我国建筑业的迅速发展,连体结构由于造型好且使用方便,被越来越多的应用于建筑结构中。连体结构常用的连接形式有柔性连接、半刚性连接及刚性连接等,对一边采用滑动连接一边采用铰接的某弱连接连体结构进行了设计与分析。连接体主要受力构件采用方钢管,为便于施工,连接体楼板采用压型钢板组合楼板,为了增大连接体自身的平面内刚度,连接体楼板板底满布交叉水平支撑。根据连接体所在位置,采用时程分析法计算得出对应楼层罕遇地震作用下的最大位移量,从而计算出滑动支座所需的滑动位移量,设计出合理的支座;同时在滑动支座及铰支座处均设置防跌落挡板,以期对类似工程具有参考意义。

  关键词:柔性连接;连体结构;滑动连接;限位装置;

  随着我国建筑业的发展,连体结构越来越多,逐渐成为公共建筑中一种常见的建筑体型。震害和试验表明在强烈地震作用下,连接体破坏尤为严重[1]。连体结构连接体常用的连接方式有柔性连接、半刚性连接和刚性连接三种方式。当两侧塔楼动力特性比较接近时,连接体一般采用刚性连接,即两端均与塔楼刚性连接。当两侧塔楼动力特性相差较大时,连接体多采用半刚性连接,连接体一般是一端刚接、一端滑动或一端刚接、一端铰接。当两侧塔楼体型及刚度悬殊,动力特性相差很大时,连接体可采用柔性连接,可大大减弱了连接体为两侧塔楼的影响,此时连接体一端滑动、一端铰接或两端均为滑动。对于连体结构的滑动连接点,需根据连接部位塔楼对应节点的罕遇地震下的位移量得出滑动支座所需的滑动位移量,并在支座处设置防跌落装置[2,3],确保连接体在经历罕遇地震作用时不致跌落,以防发生次生灾害。

1 某柔性连接连体结构设计

  1.1 工程概况

  某连体结构左侧塔楼地上5层,建筑高度为20m,为框架结构;右侧塔楼地上21层,建筑高度84m,为框架-核心筒结构。连接体两侧塔楼不对称,动力特性相差很大。本工程抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.10g,设计地震分组为第一组,场地类别为Ⅱ类,丙类建筑。连接体位于框架结构的顶部,跨度为20m,位于结构顶部两层,与两侧塔楼的连接采用柔性连接,连接体采用方钢管。研究表明,将滑动支座设置在刚度较大一侧的塔楼上比较有利,可以最大程度减少来自主楼的影响[4]。因此,设计上将连接体左端铰接在多层,右端滑动连接在高层。结构YJK模型如图1所示。

  根据高规[5],框架-核心筒中框架与核心筒的抗震等级均为二级,框架结构的抗震等级为三级,与连接体相连的框架柱在本层及上下层抗震等级提高一级,连接体自身的抗震等级为三级。

  1.2 结构布置

  在YJK中连接体支座设置为铰接较为容易,滑动支座可通过YJK“前处理及计算”中的杆端释放命令来实现。

  连接体主钢梁(GL1)采用方钢管,截面尺寸为400x900x20x30,材质为Q355B。连接体楼板采用压型钢板组合楼板,楼承板型号为YX50-180-720,压型钢板的厚度为1.2mm,材质为Q355B,楼板总厚度150mm,压型钢板沿X轴方向铺设,连廊楼板配筋示意图如图2所示。为了增大连接体自身的平面内刚度,连接体楼板板底满布交叉水平支撑,如图3所示。

  塔楼配筋设计时,取整体模型和单塔模型包络配筋设计。单塔模型中将连接体的荷载简化为集中荷载作用在对应的牛腿上,并考虑支座偏心对梁的附加弯矩的作用。

  1.3 施工要求

  当两侧塔楼施工完且混凝土强度达到100%时再进行吊装。施工时应验算压型钢板施工阶段施工荷载,必要时可加临时支撑。

2 柔性连接连接体支座设计

  高规规定[4],连接体滑动连接与主体结构时,支座滑移量应能满足两个方向的罕遇地震作用下的位移要求,并应采用时程分析方法进行复核。时程分析结果表明罕遇地震作用下左侧多层结构连接体所处楼层最大的X、Y向的位移量分别为74mm、75mm,罕遇地震作用下右侧高层结构连接体所处楼层最大的X、Y向的位移量分别为41mm、51mm。综上可知滑动支座的位移量不超过91mm,且用楼层的最大位移量来衡量滑动支座的滑动量是偏于安全的。故设计上钢连廊滑动支座的允许水平位移量取100mm。按照抗规[6],该结构留有的最小防震缝宽度为140mm,大于钢连廊滑动支座的允许水平位移量,在设计中将防震缝取为150mm,从而来满足连接体不致与右侧高层相撞的要求。由设计结果可知,钢连廊支座反力:Rv=660k N,Rh=75k N。

  固定铰支座和双向滑动铰支座均采用成品抗震支座,应由专业厂家设计制作安装满足《桥梁球型支座》(GB/T17955-2009)[7]的要求。支座与上下部结构采用现场焊接连接,手工焊采用E43型焊条,CO2气体保护焊采用H08Mn2Si A焊丝,焊缝为坡口焊,焊缝质量等级为二级焊缝。为了减小端部钢筋混凝土梁的截面尺寸,同时保证建筑效果,支座端部钢梁截面减小。铰支座与双向滑动支座立面图分别如图4和图5所示。支座安装时,应采取可靠的措施,确保支座安装过程中的受力不超过支座的设计承载力。

  在滑动支座和铰支座周围均设置钢筋混凝土防跌落挡板,以防连接体在罕遇地震作用下发生掉落,从而引发次生灾害。

3 结语

  本文对一边采用滑动连接一边采用铰接的某柔性连接的连体结构的设计进行了介绍。体主要受力构件采用方钢管,为便于施工,连接体楼板采用压型钢板组合楼板,为了增大连接体自身的平面内刚度,连接体楼板板底满布交叉水平支撑。根据连接体所在位置,采用时程分析法计算得出对应楼层罕遇地震作用下的最大位移量,从而计算出滑动支座所需的滑动位移量,设计出合理的支座;同时在滑动支座及铰支座处均设置防跌落挡板,以防连接体在罕遇地震作用下发生掉落,对类似工程具有参考意义。

参考文献

  [1]徐培福,肖从真,王翠坤,等.架空连廊的震害及设计建议[J[.建筑结构,2004,34(1):51-52.

  [2]李亚明,张良兰,石硕,潘其健.虹桥搜候商务广场复杂连体结构设计[J].建筑结构,2016,46(07):1-5.

  [3]李立树.东方之门天桥隔震支座设计[J].建筑钢结构进展,2020,22(04):120-128+134.

  [4]夏林.某柔性连接钢结构连廊设计[J].建筑结构,2016,46(S1):501-506.

  [5]高层建筑混凝土结构技术规程:JGJ 3-2010[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

  [6] 建筑抗震设计规范(2016年版):GB 50011-2010[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

  [7]桥梁球型支座:GB/T17955-2009[S].北京:人民交通出版社股份有限公司,2009.

作者:姜丽 郭海浩 单位:安徽工业职业技术学院 东华工程科技股份有限公司

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