中國航信辦公區地上部分連體結構設計

王嘯，王洪領，張向榮，張震，姜孝林

（中國中元國際工程有限公司,北京 100089）

建筑與結構設計

中國航信辦公區地上部分連體結構設計

王嘯，王洪領，張向榮，張震，姜孝林

（中國中元國際工程有限公司,北京 100089）

中國航信辦公區地上部分為連體結構，由6棟塔樓通過5個高空連廊連接組成，房屋結構高度39.0m。塔樓采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結構，高空連廊采用鋼結構。連廊與塔樓采用滑動支座連接，控制風荷載下不滑動，小震時開始滑動，支座位移按大震控制。論文詳細介紹了塔樓及高空連廊部分的結構選型，分析、設計要點，連接構造及高空連廊安裝等關鍵技術，供類似工程參考。

連體結構;高空連廊;滑動支座

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.001

1 工程簡介

1.1 工程概況

中國航信高科技產業園區項目位于北京市順義區后沙峪鎮，機場北線高速與天北路交界處。園區由生產區、辦公區及配套區組成，其中辦公區由總部辦公大樓、研發中心、結算中心及地下車庫組成。工程地下共3層，其中地下2層、3層局部設有六級甲類人防物資庫和五級甲類二等人員隱蔽所；地下1層為車庫、庫房、儲物間等設備用房；地上由6棟塔樓通過5個高空連廊連成一體，塔樓總高度均為39.0m，各層層高分別為F1層5.25m，F2～F9層4.2m；高空連廊位于8層、9層，連廊底標高30.45m，頂標高39.0m。塔樓平面尺寸均為58.8m× 25.2m，高度為39.0m，連廊1及連廊2（共4個）平面尺寸分別為50.4m×25.2m、33.6m×16.8m，高度均為8.55m。連廊與塔樓采用雙向滑動支座連接。主要柱網尺寸為8.4m×8.4m。

1.2 自然條件

基本風壓為0.45kN/m2,地面粗糙度類別為C類，基本雪壓為0.40kN/m2，抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.20g，設計地震分組為第一組，抗震設防類別為丙類，場地類別為Ⅲ類，設計使用年限為50a。

2 結構體系選擇

2.1 塔樓結構體系

塔樓采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結構(見圖1)，核心筒大量開洞導致結構抗扭剛度不足，在平面兩端利用窗間墻設置壁式框架提高結構的抗扭剛度。為了增加結構的延性，在連廊支座處塔樓框架柱內設型鋼，含鋼率控制在5%左右，承載力按中震彈性控制。

圖1 塔樓平面布置圖

2.2 高空連廊結構體系

高空連廊采用鋼桁架+鋼梁+鋼筋桁架樓承板的結構體系（見圖2），2層通高的鋼桁架支承在塔樓柱牛腿上，鋼梁支承在各榀桁架上。

塔樓及連廊主要構件截面尺寸及材料強度見表1。

圖2 連廊平面布置圖

表1 塔樓及連廊主要構件截面尺寸及材料強度

3 結構的振動特性

3.1 單體模型振動特性

采用SATWE和SAP2000對塔樓及高空連廊進行模態分析。在塔樓模型中，將連廊支座反力以集中力的形式施加到柱牛腿上；連廊模型中，支座水平約束采用彈簧模擬，彈簧剛度采用滑動支座的水平等效剛度。滑動支座的水平等效剛度包括兩部分：一部分是由于支座受到的豎向壓力分力而形成的水平恢復力；另一部分是摩擦力的分力。為了簡化計算并使計算偏于安全，僅考慮第一部分所形成的水平剛度：

式中，W為支座受到的豎向壓力；R為支座盤面的曲率半徑。

分析結果表明：塔樓第1主振型為X向平動，第2主振型為扭轉，第3主振型為Y向平動，2個程序計算結果吻合性較好；高空連廊的主振型均為豎向振動。

3.2 連體模型振動特性

采用SAP2000對塔樓及連廊的連體模型進行模態分析，滑動支座采用LINK單元模擬，彈簧剛度取滑動支座水平等效剛度。連體模型的主要振型與單體模型基本吻合，詳見表2。

表2 單體模型及連體模型振動特性

4 結構計算分析

4.1 多遇地震作用下的反應譜分析

采用SATWE和SAP2000對塔樓單體模型進行多遇地震作用下的反應譜分析，采用SAP2000對連體模型進行多遇地震作用下的反應譜分析，水平地震影響系數最大值αmax=0.16，考慮扭轉藕聯振動的影響。兩個程序計算結果相近，結構的剛度、位移、位移比等指標均在規范限值之內。

4.2 彈性動力時程分析

采用SAP2000對連體模型進行了多遇地震作用下的彈性動力時程分析，選取二組實際地震記錄（EL-Centro、Taft）和一組人工模擬的加速度時程曲線（User1），加速度時程曲線最大值為70cm/s2。結果表明，塔樓的基底剪力在兩個方向均與反應譜法的結果接近；豎向地震作用下連廊支座反力計算結果表明，按10%重力荷載代表值計算豎向地震作用并不能保證結構的安全性，尚應采用連體模型按時程分析法進行詳細評估。

4.3 動力彈塑性時程分析

采用三維彈塑性動力分析軟件SAUSAGE,對塔樓進行了罕遇地震作用下的動力彈塑性時程分析。時程波采用EL-Centro波、Taft波及人工波（User1）。計算最大層間位移角1/175，最大頂點位移176mm，結構能滿足大震不倒的性能目標，滑動支座位移限值采用±200mm能滿足要求。

4.4 連廊溫度作用分析

采用SAP2000對連廊單體模型施加溫度荷載，考察升溫和降溫對連廊鋼結構及樓板的影響。溫度荷載考慮±30℃，通過對彈性模量進行折減（0.3E）考慮混凝土收縮、徐變的影響。連廊支座水平約束按彈簧模擬，彈簧剛度根據滑動支座水平等效剛度確定。結果表明：升溫時，樓板均勻受壓（最大應力2.75MPa），桁架端部豎腹桿受拉，其他桿件受壓，除邊跨外，斜腹桿受力很小；降溫時，樓板均勻受拉（最大應力2.75MPa），桁架端部豎腹桿受壓，其他桿件受拉，除邊跨外，斜腹桿受力很小。設計時按（1.2恒+1.4活+1.0溫）考慮荷載組合，樓板采用雙層雙向配筋。

5 關鍵構件抗震性能目標及主要設計結果

5.1 關鍵構件抗震性能目標

塔樓配筋按單體模型計算結果確定，采用連體模型復核壁式框架柱及連廊支座處框架柱的承載力及變形，高空連廊按連體模型計算結果設計，關鍵構件抗震性能目標見表3。

表3 抗震性能目標

5.2 主要設計結果

連廊支座處框架柱內設置鋼骨，鋼骨柱含鋼率控制在5%左右，經驗算，承載力能滿足設定性能目標的要求。連廊桁架按中震彈性驗算，桿件最大應力比為0.976（端部斜腹桿），桁架中部桿件應力較小，桿件截面按構造控制。

6 滑動支座設計參數

連廊與塔樓之間采用滑動支座連接，支座構造分4層，共3個滑動面，采用鑲嵌MHP（改性超高分子量聚四氟乙烯板）作為滑動材料，支座具有豎向壓力作用下的自動回位功能。設計時控制支座在風荷載下不滑動，小震下開始工作，起到隔離塔樓與連廊間水平地震力的作用；支座的最大位移能力及豎向極限承載能力根據罕遇地震作用下動力彈塑性時程分析確定，具體參數見表4。

表4 滑動支座設計參數

7 人行激勵下連廊舒適度驗算

單獨取連廊模型進行模態分析，連廊的豎向自振周期T=0.39s，fn=2.56Hz。采用Midas-gen軟件對連廊進行人行激勵下的樓板加速度反應分析，單步行走荷載采用Baumann時程曲線，連續行走荷載采用國際橋梁及結構工程協會（IABSE）推薦的時程曲線，步行速率取0.9m/s，步距取70cm。結果表明，連廊在人行激勵下的最大加速度值為0.019m/s2，滿足《高層建筑混凝土結構技術規范》（JGJ3—2010）[1]及文獻[2]中對樓蓋豎向振動加速度的限值要求。

8 高空連廊安裝

8.1 安裝方案

由于連廊體量龐大，采用常規方式安裝無法滿足要求。經方案比選，最終采用利用主體結構作為支撐點，對連廊結構進行整體提升，對局部小件散拼的方案。

8.2 吊裝驗算

采用SAP2000對連廊吊裝過程進行了全過程模擬，保證在吊裝過程中結構的安全性；吊裝過程中桿件最大應力比在0.8左右，提升架最大應力在244MPa左右。

9 結語

中國航信辦公區地上部分為多塔連體結構，運用概念設計的思路確定塔樓與連廊的連接方案。采用滑動連接隔離塔樓與連廊之間的水平地震作用效應，結構概念清晰。對單體模型和連體模型的動力特性及地震反應進行了研究，驗證了采用滑動連接方案的可行性。以下為本工程的幾點結論及建議：

1）采用滑動支座連接的連體結構，塔樓需具備足夠的抗側剛度及扭轉剛度。剛度不足時可采用壁式框架予以加強，壁式框架的承載力宜按中震彈性或中震不屈服控制。

2）滑動支座可有效隔離塔樓和連廊之間的水平地震作用效應，但無法隔離豎向地震作用效應。

3）設置滑動支座后，塔樓可采用單體模型進行設計，連廊的豎向地震作用宜采用連體模型通過時程分析法確定。

4）連廊按單體模型設計時需對豎向地震作用進行放大，放大系數可取塔樓對高空連廊的地震作用傳遞系數。

5）滑動支座豎向承載力及位移限值應按彈塑性分析方法確定。

6）高空連廊安裝可采用結構整體提升、局部小件散拼的方案。

【1】JGJ3—2010高層建筑混凝土結構技術規程[S].

【2】徐培福，傅學怡，王翠坤，等.復雜高層建筑結構設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2005.

Connection Structure Design on the Over Ground Part of TRAVEL SKYOffice Area

WANG Xiao,WANGHong-ling,ZHANGXiang-rong,ZHANG Zhen,JIANG Xiao-lin
（ChinaIPPRInternationalEngineeringCorporation,Beijing 100089,China）

Structure of the over ground part of TRAVEL SKYOffice area consists six individual towerswith five sky bridges connecting themtogether.The highest point ofstructure isat 39.0m.Structure type ofall the towersare all concrete frame shearwall and that of all the sky bridges are taken steel truss. The towers and sky bridges are connected with sliding supports. The supports are designed to keep static with wind load, and start to move under frequent earthquake. The sliding tolerates of the supports are designed to resist maximum earthquake. Structure type comparison&selection of all the towers and sky bridges are well illustrated in this paper. Also calculation and analysis, key pointsofdesign,connectiondetailsandinstallationofskybridgesareintroducedtoprovidereferencetosimilarprojects.

connectionstructure;skybridge;slidingsupport

TU398+.2

B

1007-9467（2016）09-0023-03

2016-03-11

王嘯（1980～），男，湖北仙桃人，高級工程師，從事結構工程設計與研究，（電子信箱）wangxiao@ippr.net。