鋼結(jié)構(gòu)連廊柔性連接設(shè)計

本文格式為Word版，下載可任意編輯——鋼結(jié)構(gòu)連廊柔性連接設(shè)計

志成廣場鋼結(jié)構(gòu)連廊柔性連接設(shè)計

陳偉軍

（廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣州510060）

提要帶連廊的建筑結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑中常用的一種建筑結(jié)構(gòu)形式。在地震作用下，被連接的兩棟主體的動力特性會由于

連廊的存在而相互影響出現(xiàn)耦連現(xiàn)象，使連接部位的應(yīng)力變得十分繁雜。連廊結(jié)構(gòu)在地震作用下極易與主體結(jié)構(gòu)脫離，產(chǎn)生整體倒塌現(xiàn)象，國內(nèi)外的地震災(zāi)難現(xiàn)象均證明白這一點。分析震害中連廊整體倒塌的原因，大部分是由于連廊支承結(jié)構(gòu)破壞或連廊位移過大、連接處破壞造成的。因此，連接節(jié)點的設(shè)計和處理，是連廊結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。本文闡述了志成廣場設(shè)計中采用連廊與主體結(jié)構(gòu)柔性連接的方案，改善連廊連接部位的繁雜應(yīng)力狀態(tài)，使連廊與主體結(jié)構(gòu)之間協(xié)同工作，從而提高整體結(jié)構(gòu)的抗震性能，并希望對業(yè)界能有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞鋼結(jié)構(gòu)連廊，柔性連接，橡膠支座，有限元分析

一、工程概況

志成廣場是廣東偉志成房地產(chǎn)開發(fā)有限公司興建的高級辦公樓。該工程包括兩棟辦公塔樓，位于廣州市廣園東路沙河立交東端、瘦狗嶺南麓。辦公樓上部結(jié)構(gòu)為13層，地下室4層，建筑總高度為49.85m（從南面室外地坪起算），結(jié)構(gòu)類型為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，高寬比2.67小于4，滿足規(guī)范的要求。辦公樓在立面和平面上均較為規(guī)則、均勻，其主體結(jié)構(gòu)由兩棟平面為矩形的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)組成，兩棟框架結(jié)構(gòu)之間在頂層（即上部結(jié)構(gòu)第13層處）由長24m、寬18m的鋼結(jié)構(gòu)連廊連接，連廊與主體結(jié)構(gòu)之間采用8個橡膠柔性支座連接，以改善整體結(jié)構(gòu)在風(fēng)載和地震荷載作用下的性能，其效果圖見圖1。

圖1志成廣場辦公樓建筑效果圖

二、有限元分析

（一）柔性支座計算參數(shù)

柔性支座在豎向應(yīng)滿足豎向承載能力要求，在水平地震作用下小震和風(fēng)荷載作用下，柔性支座受力

1

應(yīng)盡量處在彈性范圍內(nèi)，大震時柔性支座位移最大位移應(yīng)控制在其容許范圍內(nèi)。表1是所選用柔性支座LRB500USVF-500-G6有關(guān)參數(shù)。

表1柔性支座計算參數(shù)

型號豎向剛度（kN/mm）設(shè)計荷載（kN）一次形狀系數(shù)二次形狀系數(shù)橡膠外徑（mm）鉛芯直徑（mm）橡膠總厚（mm）產(chǎn)品高度（mm）水平等效剛度（kN/mm）二次剛度（kN/mm）等效阻尼比（%）水平等效剛度（kN/mm）屈服前剛度（kN/mm）屈服后剛度（kN/mm）屈服力（kN）阻尼比（%）水平等效剛度（kN/mm）二次剛度（kN/mm）阻尼比（%）LRB500USVF-500-G61526180725.25.349010092.51642.8431.429291.9087.8121.20265.322.41.2380.95614.2形狀尺寸水平應(yīng)變50%水平應(yīng)變100%水平應(yīng)變250%

（二）設(shè)計要求

1、在小震、風(fēng)荷載和溫度荷載作用下，柔性支座的位移滿足建筑設(shè)計要求；

2、在大震作用下，柔性支座的位移?≦3Tr=3×92.5=277.5mm，且滿足?≦0.55D=0.55×500=275mm；柔性支座的豎向荷載滿足F≦設(shè)計荷載=1807kN

志成廣場辦公樓主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，連廊采用鋼結(jié)構(gòu)。柱及梁采用frame桿件模擬，桿與桿之間剛接。連廊與主體結(jié)構(gòu)之間柔性支座采用非線性特性的isolator1單元來模擬，見圖2。單元參數(shù)嚴(yán)格依照表1中內(nèi)容輸入。圖3為帶連廊結(jié)構(gòu)的整體SAP模型圖。

圖2SAP2000非線性isolator1單元圖3志成廣場帶連廊結(jié)構(gòu)SAP計算模型三維視圖

2

（三）柔性支座在風(fēng)載與溫度荷載作用下計算1、風(fēng)荷載作用下計算

基本風(fēng)壓：0.55kN/m地面粗糙度類別：C類圍護(hù)結(jié)構(gòu)高：3.6m

考慮到連廊在順橋向所受的風(fēng)荷載較小，本報告只進(jìn)行了連廊側(cè)迎風(fēng)面風(fēng)荷載的計算，計算依據(jù)為

2

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2023）和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2023）（J186-2023）中有關(guān)風(fēng)荷載的內(nèi)容。其計算公式如下：

2400wk??gzusuzw0

式中?gz為高度z處的陣風(fēng)系數(shù)，us為風(fēng)荷載體型系數(shù)，uz為高度z處的風(fēng)壓高度系數(shù)，w0為基本風(fēng)壓，wk為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。表2為連廊風(fēng)荷載迎風(fēng)面（Y向）計算結(jié)果。表中Fk為單個連

Y主1357連68主X

廊總的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，Keq（50%）為單個連廊柔性圖4柔性支座編號

支座變形為50%的總等效剛度，?為風(fēng)荷載作用下柔性支座水平剪切變形。連廊及柔性支座編號見圖4。

表2連廊風(fēng)荷載迎風(fēng)面（Y向）計算結(jié)果

連廊Zi序號(m)1

滿足建筑設(shè)計要求。2、溫度荷載作用下計算

為簡化計算，將連廊簡化為一軸向桿件，計算其在溫度荷載作用下的軸向變形，溫度變化按?20?C

-6

w02(kN/m)(kN/m)43.20.551.171.31.761.47uzus?gzwkFk2Keq（50%）?(kN）（kN/mm）（mm）127.222.745.59變化進(jìn)行水平變形計算，溫度線膨脹系數(shù)取為12х10：

????tAN?20?12?10?6?24000?1?5.76（mm）

每個柔性支座順橋向的水平變形為5.76mm，滿足設(shè)計要求。

對主體結(jié)構(gòu)底部施加固定約束，連廊與主體結(jié)構(gòu)連接處設(shè)置非線性單元isolator1，采用SAP2000

（四）帶連廊整體結(jié)構(gòu)的動力特性計算

對其進(jìn)行了動力特性的計算，得出小震作用下帶連廊整體結(jié)構(gòu)模型1~10階振型的自振周期。1、結(jié)構(gòu)小震反應(yīng)計算

3

采用時程分析法對帶連廊的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行小震計算。在輸入地震波時，Y向與X向輸入波峰值的比

例為1：0.85。圖5為柔性支座7在小震Taft地震波輸入時的水平剪力-水平剪切變形的滯回曲線。

1800024-6-4-2403020230-100-20-30-40-50deformation(mm)202350100shear(kN)shear(kN)500-150-100-50-500-100-150-200deformation(mm)50100150246TaftElCentro

圖5小震Taft波作用下X向剪力-變形曲線圖6大震ElCentro波作用下Y向剪力-變形曲線2、結(jié)構(gòu)大震反應(yīng)計算

仍采用時程分析法，加速度幅值變?yōu)?.20m/s，帶連廊的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大震計算。在輸入地震波

2

時，Y向與X向輸入波峰值的比例為1：0.85。圖6為柔性支座7在大震ElCentro地震波輸入時的水平剪力-水平剪切變形的滯回曲線。

三、結(jié)果分析

由以上分析可見：

（一）、在小震ElCentro波、Taft波和場地波雙向地震作用下，8個柔性支座的豎向承載力最大值為814.68kN，X向水平剪力最大值為59.41kN，X向水平位移最大值為6.57mm，Y向水平剪力最大值為39.04kN，Y向水平位移最大值為3.44mm，滿足設(shè)計要求；

（二）、在大震ElCentro波、Taft波和場地波雙向地震作用下，8個柔性支座的豎向承載力最大值為922.68kN，X向水平剪力最大值為169.93kN，X向水平位移最大值為78.65mm，Y向水平剪力最大值為225.74kN，Y向水平位移最大值為107.51mm，滿足設(shè)計要求。

四、柔性支座節(jié)點詳圖

柔性支座的有關(guān)力學(xué)性能見表1，圖7、圖8為柔性支座大樣及下預(yù)埋板詳圖。每個連廊兩端均設(shè)四個柔性支座LRB500USVF-500-G6，柔性支座一端與連廊縱向主梁相連，另一端與主體結(jié)構(gòu)伸出的牛腿相連，柔性支座與連廊、主體結(jié)構(gòu)均采用8.8級M30高強螺栓連接，為使柔性支座在大震作用下水平方向自由變形，主體結(jié)構(gòu)和連廊在與柔性支座連接處，柔性支座四周均應(yīng)留有200mm的空隙，與豎直固定物的脫開距離不小于15mm。為防止柔性支座在罕遇地震作用下發(fā)生過大的位移，每個柔性支座四角均設(shè)一個阻

4

尼限位條。圖9為柔性支座與主體結(jié)構(gòu)、連廊的連接節(jié)點大樣圖。技術(shù)要求:1、橡膠材料：自然橡膠，G=0.6Mpa2、鋼材材料：符合GB700Q235；3、聯(lián)結(jié)板表面電鍍鋅處理，要求無雜質(zhì)、無漏鍍；4、組裝品平行度不大于聯(lián)結(jié)板邊長的1/300。位代號置聯(lián)結(jié)板封鋼板鉛心六角頭螺栓積層鋼板橡膠層外包膠名稱數(shù)材料量GB700Q235GB700Q235GB/T469Pb99.994級重量(kg備注單件總計高強發(fā)黑8.8級GB700Q235橡膠橡膠LRB500USVF-500-G6產(chǎn)品圖圖7柔性支座大樣M24X50外六角螺栓5170居中4個用於調(diào)節(jié)螺桿可調(diào)理螺桿A(只用于預(yù)埋件下板)202328M48X24，外螺紋M30X110，內(nèi)螺紋?68預(yù)埋螺栓套筒M24X20BB4885502023M24深4050M24X23技術(shù)要求為使構(gòu)件緊湊貼合貼合面上嚴(yán)禁有電焊氣割濺點1.毛刺飛邊塵土油漆等不潔物質(zhì)2.高強螺栓孔必需是鉆孔而成材料:Q235A,3.4.要求：表面完整，無缺陷,表面粗糙度除標(biāo)注表面外其余5.配件：8.8級高強螺栓M30x120型式尺寸及技術(shù)條件必需符合GB5782A級可調(diào)