高层建筑大跨度钢结构连廊设计分析

刘慧

摘要：连廊是高层建筑结构体系的一个种类，是指两幢或者几幢高层建筑之间由连接体进行连接，以符合建筑使用功能和要求。本文结合工程实例，对有关结构抗震性能设计进行总结，对连廊钢结构设计进行研究。

关键词：高层建筑；大跨度钢结构；连廊；设计分析

1、引言

随着社会经济的快速发展，城市中高层建筑越来越多，功能也越来越复杂。一些连廊设置是由于建筑功能要求所致，是为了便利两幢楼之间的联系，同时也是为了整个建筑物的美观考虑。本文以实际案例对当前高层建筑大跨度钢结构连廊设计进行分析和探讨，不足之处，敬请指正。

2、工程概况

2.1工程介绍

某工程项目建筑面积达40万㎡，地下两层，地上30层，建筑高度超过105米，地上1-6层是商城，7-32层是公寓，被划出四个区域，每一个区域之间均是架空连廊进行连接，具体如图一所示。工程结构设计服务年限是50年，建筑安全等级是二级，地基基础设计等级是甲级，商场的抗震设防级别是乙类，公寓是丙类，工程抗震设防烈度是7度。

2.2 结构体系

该工程采用的是框架-剪力墙的结构体系，支撑转换梁及钢连廊框架柱均是型钢混凝土，其核心筒是主要抗侧力结构体系，核心筒附近剪力墙厚度大约是300～400mm，框架截面尺寸从500×500～1300×1300，墙和柱的混凝土强度等级从C35～C60。其中两个塔楼之间均是在3-6层利用连廊进行连接，连廊采用的是多层空间桁架结构体系，从而形成多塔连体的结构。连廊跨度是34m，高度是25m，距地面高度是11m。

2.3 连廊的结构形式

连廊和塔楼的连接方式包括强连接和弱连接两种，其中强连接是两端刚接或者铰接的方式，这种情况下连接体一方面要承受重力荷载，还要对连接体两端变形及振动作用进行协调。一般来说，连接体和塔楼连接处的受力比较大，节点的构造也非常复杂，因此要慎重选择连接体刚度、形式以及构造。弱连接结构的连接体有些区别，其一端和结构铰接，一端是滑动支座，或者都是滑动支座，以此减少塔楼和连接体之间产生的作用力，防止出现破坏而结构坍塌。本工程连廊跨度大、宽度窄，不对称的塔楼平面布置使得其在地震作用下振动和幅度都不同，因此综合考虑下选择弱连接的结构形式。

3、结构抗震性能设计

弱连接的结构形式，大跨度钢结构连廊的水平刚度和塔楼的水平刚度相比较而言要小的多，二者的约束和相互作用力也比较小，因此连廊对塔楼的整体受力基本上没影响，因此多塔楼弱连体结构采用塔楼及连接体分别计算的方式。

3.1 结构整体抗震分析计算

水平多遇地震作用下反应谱分析要对偶然偏心的情况加以考虑，计算振型数的振型参与质量要大于结构总质量的90%，同时结合时程分析法进行补充，根据反应谱分析和时程分析结构对结果进行验算。

3.2 连接体分析和设计

连接体按照中震弹性对连廊的楼板及钢桁架、内力进行分析，根据中震弹性设计和塔楼型钢混凝土框架柱，还有就是需要对中震、大震的情况进行考虑，连接体楼板处发生开裂失效情况，钢结构内力突增，在设计时还需考虑楼板失效而造成连廊钢结构内力突增的情况。

3.3 结构抗震等级

本工程属于乙类建筑，抗震设防烈度是7度，其框架-剪力墙结构的高度不小于60m，按照相关规程规定钢筋混凝凝土框架和剪力墙抗震等级是1级，连廊周边结构构件无论是在范围上还是其他方面，其抗震等级要高出许多。

3.4 中震弹性分析

塔楼裙房和连廊之间的连接是利用型钢混凝土柱及型钢混凝土共同组成连廊支撑体系，为了保证该体系的结构安全稳定可靠，框架柱根据中震弹性设计，忽略内力、风荷载、材料强度等影响。抗震设防烈度是7度的中震水平地震影响最大值是0.23，计算过程中需要考虑构件进入塑性，同时提升结构阻尼比。最后进行静力弹塑性对比，结构显示支撑连廊框架柱没有产生塑性铰，在一定程度上达到抗震性能目标和要求。

4、连廊钢结构设计

4.1 连廊结构设计

架空连廊刚桁架构件采用的是热轧H型钢，在桁架的上弦和下弦是H600×400×15×31，桁架竖杆是H450×350×12×18，桁架斜腹杆是H400×350×12×18，以及H450×350×12×22，连廊楼板是厚度为120mm的压型钢板组合，具体而言连廊的结构立面布置如图2所示。

地震、风等因素作用下，楼板内产生一定拉应力，楼板钢筋双层双向通长布置，压型钢板和钢梁之间加密连接，楼面梁之间进行水平斜撑的设计，组成楼面内水平桁架体系，具体如图3所示。

4.2 多塔连体结构支座最终位移量

塔楼和连廊之间是弱连接方式，叠层橡胶隔震支座能够利用支座位移和转动的力的作用下，连接体结构和主体结构是滑动链接，支座位移量可以达到两个方向的位移要求，采取相关措施。

4.3 连廊的铅芯橡胶隔震支座及连接点设计情况

连廊结构和塔楼连接点根据中震弹性的设计，利用型钢混凝凝土柱和型钢混凝土牛腿支座，为提高连廊和塔楼连接处稳定可靠性，对二者相邻跨的框架梁进行强化。本工程连廊支座采用的是型号为GZY600配备带铅芯的橡胶支座，这个支座的有效直径是600mm，设计竖向承载力是4160kN，竖向刚度是3019kN/mm，设计位移是107mm，最大位移是321mm。多遇地震验算时，适合的水平加载频率是0. 3Hz，而且隔震支座水平刚度是2.65kN/mm（剪切变形为50%），等效粘滞阻尼比是33.1%；碰到地震需要采用水平加载频率是0.21Hz，而且隔震支座的水平动刚度为1. 32kN/mm（剪切变形为100%），等效粘滞阻尼比为15%。利用采用带铅芯的橡胶支座，从而实现连廊和主体结构之间的弱连接，既减小相互作用又降低牛腿支座的内力。

5、结语

總而言之，连廊在高层建筑中的重要应用，连廊和主体连接是设计的重点。本文分别对结构体系、结构形式进行介绍，对结构整体抗震进行分析计算，对连廊钢结构设计进行探讨，以期对于高层建筑设计水平的提升，起到一定的促进作用。

参考文献：

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