某帶連體高層結構設計

趙建超 孫兆民 徐 燁

(1．中南建筑設計院股份有限公司，湖北武漢 430071;2．中鐵大橋局股份有限公司，湖北武漢 430071)

1 工程概況

宜昌市夷陵區(qū)人力資源和社會保障服務中心綜合樓為宜昌市夷陵區(qū)林業(yè)局、宜昌市夷陵區(qū)人力資源和社會保障局擬建的辦公大樓，位于宜昌市夷陵區(qū)夷興大道和發(fā)展大道西南側，由兩棟12層主樓與一副樓組成，兩棟主樓上部均有2層混凝土構架層，作為建筑幕墻的支承結構。兩棟主樓在10層以下相互獨立，在11層與14層之間設置一連體結構，將兩主樓連通，連體部分中，僅11層為可用建筑空間，其余均為構架部分，只為滿足建筑造型。兩主樓設置一層連通的地下室。本工程不屬于超限結構，但是須對連體部分進行詳細計算。效果圖見圖1。

2 結構設計

2．1 荷載取值

本項目為丙類建筑，安全等級二級，抗震設防烈度6度，場地類別為Ⅱ類，設計分組為第一組，場地特征周期0．35 s。地面粗糙度類別B類，基本風壓按100年一遇的風壓取值:0．35 kN/m2。

2．2 基礎及地下部分

基礎采用樁基礎，樁徑800mm，中柱下一般布置5樁承臺，承臺厚度1．3 m，邊柱下一般布置4樁承臺，承臺厚度1．4 m，均采用C35混凝土。

兩棟辦公樓地下連為一體，地下室結構層高4．95 m，地下室底板兼做防水板，厚度400mm，地下室下土層多為填土，設計時不考慮承臺間土的承載力。

2．3 上部結構

本工程采用框架—剪力墻結構體系，柱截面主要尺寸700×900，700×600，主要柱網 8 m ×9．5 m，8 m ×8 m。框架柱 1 層，2層為加強層，柱墻采用C50混凝土，梁板采用C35混凝土，9層～12層采用C40混凝土，梁板采用C35混凝土。8m左右跨度的框架梁截面一般為400×600，9．5 m跨度的梁截面一般為400×750。

連體結構是復雜高層建筑中較為典型的類型，可分為弱連接和強連接結構［1］，弱連接一般有鉸接，滑動連接，強連接結構大多通過連接體將兩棟或多棟樓進行剛性連接。如圖2所示，從平面圖上看林業(yè)局辦公樓與人社局辦公樓垂直布置，由于兩辦公樓結構形式相同，質量與剛度接近，如果獨立分開，則自振周期類似，但是考慮到是林業(yè)局的短方向與人社局長方向相連，在地震作用下，兩棟辦公樓不能夠做到協(xié)同振動，如果采用強連接，則兩棟辦公樓會因不同的振動模態(tài)而產生較大的相互作用。因此，本項目連體采用弱連接。

圖1 效果圖

圖2 平面圖（11層）

3 連體部分計算與設計

3．1 計算模型及計算參數

結構整體計算分析采用Satwe，Midas/Building兩種程序。周期折減系數0．8，考慮5%的偶然偏心及雙向地震力，進行小震計算，連體部分及其以下1層按中震不屈服進行設計配筋。樓板假定，計算周期和位移時采用剛性樓板假定;計算桿件內力和截面設計時采用真實反映樓板完全彈性有限殼單元。

3．2 巨型懸臂梁與牛腿設計

本工程中連接體的弱連接方式采用平板式橡膠支座，在11層標高處，在林業(yè)局與連接體相鄰邊梁上設計3個牛腿，用來支承連接體一端，連接體另一端與人社局辦公樓剛接，3個牛腿的間距分別為8 m，4 m，其中4 m為外伸懸挑部分，牛腿高1 m，寬1 m，見圖3。

圖3 牛腿平面布置圖（單位：mm）

牛腿設置在h=3．1 m高的巨型梁上，梁寬600 mm，根據計算需要，確定牛腿高度后，為了保證連接體兩側的兩棟辦公樓在11層的建筑標高相同，連體部分的主梁設計成變截面主梁，以降低巨型梁高度，主梁跨度13．95 m，見圖4。

因為連體兩側的結構由橡膠支座隔離，項目位于低烈度設防區(qū)，水平方向剪力較小，相互間傳遞的內力主要是豎向力，首先進行單棟分離計算，計算采用Satwe軟件。人社局辦公樓橡膠支座支承點采用短斜撐模擬，即支座處僅有豎向約束，類似搖擺柱支承，斜撐底部剛接。人社局計算得到三個支承點的豎向反力標準值分別為1 465．1 kN，1 715．2 kN，1 759．5 kN，總反力 4 940 kN。計算林業(yè)局辦公樓時，將此三個反力作為節(jié)點荷載施加到計算模型上(見圖5)。

圖4 牛腿剖面（1—1）

圖5 單棟獨立計算模型

因為計算模型假定設置牛腿的巨型梁剛度無限大，而實際上巨型梁因為懸臂有4 m，剛度一定有所削弱，3個支點的剛度一定影響反力以及連接體構件的內力大小，因此，須建立整體模型，不考慮地震力，對3個牛腿的反力進行復核計算，取計算包絡內力，進行配筋。計算采用Midas Building軟件，計算模型見圖6。人社局與林業(yè)局連體間連接采用彈性連接進行連接。

圖6 整體計算模型

經過計算，牛腿處3個支點的反力分別為1 345．9 kN，1 848．1 kN，1 247．3 kN，見圖7。由計算結果可見，懸臂端的支承反力減小，中間支點反力增大，而且，3個支點的總反力小于按剛性支點的反力，減小500 kN，牛腿設計按照包絡值進行設計。連接體關鍵構件，如框架梁同樣取兩種計算方法的包絡值。

連體與主樓的防震縫間隙要靠大震作用下的兩樓的彈性水平位移，并取兩者的絕對值之和，本項目防震縫間距200mm，以保證結構在大震作用下有足夠的變形區(qū)間。

3．3 橡膠支座

橡膠支座采用疊層橡膠支座，使用年限50年，其設計部分參數見表1。

表1 設計參數

3．4 構造措施［2］

1)豎向構件。在連接體兩側的剪力墻從上至下均設置約束邊緣構件，并且在連體上下1層加強箍筋配置，適當增加縱筋水平筋配置。

圖7 連接體部分計算位移結果（單位：mm）

2)水平構件。連接體的主梁均深入人社局一跨，調整此跨截面與配筋與連接體主梁相近，并且將剪力墻布置在此主梁端部，上下鋼筋均拉通布置，以抵抗連接體變形時產生的拉力。連接體主梁不能與框架主梁相連的就布置次梁與之相連，并加強連接體附近次梁的配筋，見圖8，圖中曲線加粗部分表示加強的主梁。連接體樓蓋與屋蓋采用雙層雙向配筋，以抵抗連接體變形時可能出現的拉應力。

圖8 連接體部分梁布置

4 結語

1)對于兩個單體任一方向上振動模態(tài)不同的連體結構，應采用弱連接。2)帶有連體的結構，應增加結構的整體剛度和抗扭剛度。3)對于一個中小型項目，連體采用混凝土結構，雖然會帶來自重較重，但是相對于鋼結構而言，混凝土結構易于維護，造價較低，尤其適用于總費用控制較嚴的項目。

［1］徐培福，傅學怡，王翠坤，等．復雜高層結構設計［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005．

［2］候書利，張 南．某復雜連體高層結構抗震設計［J］．建筑結構，2010，40(10):32-33．