白云金控·未來產業加速基地項目連廊的結構設計

劉烽鋒，鄭志剛

（中建三局集團有限公司廣州分公司，廣東廣州 510220）

1 工程概況

白云金控·未來產業加速基地項目位于廣州市白云區民營科技園未來產業創新核心區內，派特斯小鎮東側，集美化妝品有限公司西側，北太路北側，綠地云央西南側。

該工程結構設計使用年限為50年。建筑安全等級為二級，地基基礎設計等級為甲級，抗震設防類別為丙類。工程抗震設防烈度為Ⅶ度0.1g，建筑場地的類別為Ⅱ類，設計地震分組為第一組，特征周期Tg=0.35s，基本風壓w0=0.5，地面粗糙度類別為B類。

該工程共有1#樓，1#樓輔樓，2#樓，3#樓四棟單體，單體間嵌固端以上部分采用抗震縫分開。其中2#樓和3#樓之間4~6層部位設有連廊。其平面和立面圖分別如圖1和圖2所示。

圖1 連廊平面

圖2 連廊立面

2 結構體系

本工程2#樓為框架結構，建筑高度33.9m，3#樓為框架結構，建筑高度21.3m。2#樓主要柱跨為8.4m×9.4m，主要柱尺寸為600×900，與連廊相連的柱尺寸為800×1000。3#樓主要柱跨為8.4m×8.1m，主要柱尺寸為700×700，與連廊相連的柱尺寸為800×1000。

連廊跨度32.4m，寬度17.4m，共兩層，層高4.2m，采用三榀桁架組成。三層樓板，采用鋼筋桁架樓承板。次梁采用組合鋼梁，兩端鉸接，主梁兩端剛接。鉛芯橡膠支座型式的滑動—鉸接支座，將多塔連體結構通過連廊產生的偶聯效應限制在一定范圍內。

3 支座布置原則

支座布置有兩種方式：①集中布置；②分散布置。集中布置將支座布置于桁架底部，各層的荷載從底部支座傳遞至主體結構，分散布置為逐層設置支座，各層荷載根據剛度分配至各層主體。集中布置的優點為力傳遞路線簡單明確，缺點為支座牛腿受力較大，牛腿設計較困難。分散布置的優點為支座受力較小，降低牛腿設計難度，缺點為傳力路徑復雜，受力不明確，對安裝要求較高。

本項目工期較緊，如采用集中布置，牛腿須采用勁性混凝土方能在截面限制條件內滿足承載力要求。綜合考慮后，決定采用分散布置。有效降低各支座處承擔的豎向荷載，采用混凝土牛腿即能滿足承載力要求。同時要求施工安裝時，應在地面組裝成型后，再逐榀整體吊裝，使施工時的構件剛度與計算假定相符。

支座的選擇應符合計算假定，鉸接支座考慮DX，DY，DZ三個方向的約束，滑動支座考慮DX，DZ兩個方向的約束，DY向為桁架方向，DX向為桁架面外方向。同時支座需要滿足安裝便捷，檢修方便，便于更換等要求。綜合對比考慮了摩擦擺支座、球鉸支座、鉛芯橡膠支座等各類支座型式。

鉛芯橡膠支座具有較大的初始剛度，在持久、短暫工況下具備良好的使用性，各支座可視為鉸支座，且具備良好的變形恢復能力，其水平恢復力模型詳圖3。大震屈服后水平剛度折減至原來的不到10%，屈服的支座可視為滑動支座，能延長結構固有周期減小地震反應。相同性能下，鉛芯橡膠支座的尺寸較小，可降低牛腿承擔的偏心彎矩。支座與牛腿及連廊采用螺栓連接，便于檢修及更換。最終確定使用鉛芯橡膠支座，支座布置如圖4所示，選用的支座型號均為LRB600型鉛芯橡膠支座，鉛芯橡膠支座構造詳見圖5。

圖3 鉛芯橡膠支座水平恢復力模型

圖4 鉛芯橡膠支座布置

圖5 鉛芯橡膠支座構造

對鉛芯橡膠支座而言，在罕遇地震下的水平位移限值不應超過支座有效直徑的0.55倍和支座內部橡膠總厚度3.0倍二者的較小值。根據本項目選用的支座型號，可以計算得到0.55D=0.55×600=330mm，3Tr=3×94=282mm。故水平位移限值可取282mm。當罕遇地震下的支座水平位移相對水平位移限值較小時，可認為連廊無墜落風險，可不增加防墜落措施。

4 結構計算原則與分析結果

4.1 主體結構計算原則與分析結果

主體結構采用YJK軟件分析設計，2#樓及3#樓按單塔計算分析，連廊轉化為相應的恒載及活載輸入至相應部位。樓板采用剛性板模型，與連廊相連附近區域采用彈性板模型。水平多遇地震作用下反應譜分析考慮偶然偏心影響，振型參與質量不小于結構總質量的90%。與連接體相連的框架柱、梁按中震彈性進行設計，且將抗震等級提高一級。

單塔計算分析的前3階自振周期結果詳表1。從表中數據分析，得出以下結論。由于兩個塔樓體型相差較大，因此前3階自振周期也相差較大。兩個塔樓的扭轉周期比均不超過0.85，抗扭剛度均較大。自振周期相差大時，采用弱連接可以有效降低連接體受力，降低構件設計難度。抗扭剛度較大可以有效降低連接體支座的扭轉位移。

采用YJK軟件分析小震彈性時程。選取2組人工波及5組天然波。時程平均地震影響系數曲線與反應譜法所采用的地震影響系數曲線在統計意義上相符。每條時程曲線的結構底部剪力不小于振型分解反應譜法計算結果的65%，不大于135%，多條時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值不應小于振型分解反應譜法計算結果的80%，不大于120%[1]。根據時程分析結果對反應譜水平地震剪力進行放大。

為了解在罕遇地震下連接體的位移情況，合理設置兩端防震縫間距，采用YJK軟件對結構進行等效彈性大震分析，參數輸入時，結構阻尼比增加0.02，周期折減系數增加為0.8，特征周期增大0.05s，中梁剛度放大系數改為1.5，考慮雙向地震，剪重比、薄弱層、0.2V0等不進行調整。計算得到的各層各支座大震位移包絡為，2#樓85.11mm（X向）、86.42mm（Y向），3#樓82.41mm（X向）、64.85mm（Y向），防震縫間距應大于兩樓大震位移包絡值的絕對值之和，設為210mm，以保證結構在大震作用下有足夠的變形區間。

4.2 連廊計算原則與分析結果

架空連廊鋼桁架的構件均采用Q355鋼構件，本連廊由三榀桁架組成，其中邊榀桁架水平桿件采用H型鋼H600×500×16×26，豎向桿件采用箱型截面B500×500×30×30，斜腹桿采用熱軋H型鋼HW350×350及HW300×300。中間榀桁架水平桿件采用H型鋼H600×500×16×28，豎向桿件采用箱型截面B550×500×30×50，斜腹桿采用H型鋼H400×400×13×26、熱軋H型鋼HW350×350及HW300×300。連廊的樓板采用厚120mm鋼筋桁架樓承板組合樓板。組合剛梁與混凝土樓板構成了一個樓板平面內的水平傳力體系，三層樓板與三榀桁架共同構成了一個空間桁架體系，有效的增加了鋼連廊抗側剛度和抗扭剛度。連廊樓板鋼筋采用雙層雙向通長布置，最小配筋率采用0.25%，壓型鋼板與鋼梁之間的連接栓釘適當加密。

采用MIDAS軟件對連廊進行中震分析，得到中震作用連廊桁架桿件應力比詳表2，桁架整體變形詳圖6，樓板應力詳圖7及圖8。

圖6 架整體變形（單位：mm）

圖7 樓板EX作用下sig-xx應力（單位：N/mm2）

圖8 樓板EY作用下sig-yy應力（單位：N/mm2）

表2 桁架桿件應力比

由圖表數據知，本項目采用的構件截面滿足中震彈性的要求，桁架在中震作用下變形較小，樓板在中震作用下的主拉應力、剪應力小于混凝土抗拉強度設計值。

采用MIDAS軟件對連廊的振動舒適度進行分析計算。舒適度分析計算包含自振頻率驗算與振動加速度驗算。舒適度計算時，鋼—混凝土組合樓蓋混凝土的彈性模量按現行國家標準《混凝土結構設計規范》（GB 50010—2010）的規定數值放大1.35倍，樓面活荷載采用有效均布活荷載[2]。連廊樓蓋的周期及頻率計算結果詳表3，樓蓋最大加速度計算結果詳圖9。

表3 樓蓋特征值分析結果

圖9 樓蓋加速度分析結果

由圖表知，模態1為樓蓋第一階豎向自振頻率（周期），其值為4.75Hz＞3Hz，滿足規范要求。采用三人并排行走的單步行走分析，樓板最大加速度為0.03416m/s2＜0.15m/s2滿足規范要求[3]。

4.3 牛腿計算原則與分析結果

計算采用的荷載的合理可靠為牛腿設計的重點。本項目牛腿設計采用MIDAS軟件對連廊進行小震及中震分析，得到各工況下的支座反力。對中震工況、小震工況、持久短暫工況下的各項反力進行組合，取最不利工況為承載力驗算控制工況進行驗算。同時考慮到牛腿為靜定構件，對承載力驗算的作用進行一定比例的放大，放大系數為1.1~1.5左右。同時在建筑造型允許的情況下，牛腿剪跨比a/h0應控制在0.3以內，以取消牛腿內的彎起鋼筋，降低施工難度，方便支座埋件安裝。

5 結語

連體結構因受力的復雜性，通常造成連廊構件及與連廊相連構件的構造比較復雜，對施工造成較大困擾，本項目從方便施工，縮短建設工期，降低施工成本的角度出發，精心設計，在滿足結構的安全性的前提下，實現了構造比較簡單的構件設計。對類似項目具有較大的參考價值。