施工安裝方式對鋼結構連廊弱連接支座結構穩定性的影響分析

張 帥

（晉城合為規劃設計集團有限公司，山西 晉城 48000）

0 引言

連接體結構通常指多個塔樓在一定高度上用架空連接體相連而成的結構。根據連接體與塔樓的連接方式，連接體結構大致可分為強連接與弱連接。當連接體結構的連接體包含多層樓蓋且剛度較大時宜采用強連接構造，強連接能夠協調兩側塔樓的變形內力，使連接體與兩側塔樓形成協同受力的整體結構；但往往存在受力復雜，扭轉效應明顯，施工難度大等缺點。而弱連接結構適用于連接體結構剛度小無法協調兩側塔樓協同受力，或兩側塔樓剛度差異較大的情形；采用弱連接可有效降低連接體對兩側塔樓的影響。鋼結構連廊結構往往剛度較小，跨度較大，兩側塔樓剛度差異較大，因而常采用弱連接構造既方便施工同時降低連廊結構對兩側塔樓的影響。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ 3-2010）對連接體弱連接結構的規定，當連接體與主體結構采用滑動連接時，支座滑移量應能滿足兩個方向在罕遇地震作用下的位移要求[1]。鋼結構連廊結構施工往往存在施工工序多，吊裝與整體提升安裝精度難，施工過程偏差對結構穩定影響大等問題。而連廊支座的選用與施工安裝方式對上述問題起到關鍵作用。因此如何選用合理的弱連接支座形式對控制施工難度和連廊結構在罕遇地震及風荷載作用下的變形至關重要。本文結合南京婦幼保健院丁家莊院區鋼連廊結構，分析連廊支座安裝方式對鋼結構連廊弱連接支座結構穩定性的影響。

1 工程概況

南京婦幼保健院丁家莊院區項目位于南京市棲霞區丁家莊，抗震設防烈度為7度（0.1g），設計地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅲ類，基本風壓為0.40kN∕m2，建筑總面積29.3萬m3，其鋼結構連廊平面示意圖見圖1所示。其中門診醫技樓與病房樓之間需設置2處鋼結構連廊以滿足建筑通行的要求，1#連廊跨度30.250m；2號連廊跨度為21.500m，為便于現場施工及降低整體建造成本，鋼結構連廊采用弱連接支座形式進行設計施工，主要支座形式為固定鉸支座、單向滑動支座與雙向滑動支座。

2 鋼結構連廊支座施工安裝方式對結構的影響

2.1 采用單層支座施工安裝形式對鋼連廊結構的影響

為深入分析單層支座布置情況下不同施工安裝形式對連廊結構變形和內力的影響，采用兩種常用的單層支座布置方案（見圖2所示）。應用有限元軟件SAP2000進行受力分析。方案一采用一端鉸接，另一端雙向滑動類似懸臂的施工安裝體系，在鋼連廊上弦布置支座下弦通過豎腹桿剛接提供抗側剛度；方案二采用一端鉸接，另一端單向滑動類似簡支的施工安裝體系。

圖2 單層支座施工安裝示意圖

由于該項目連廊結構變形與內力主要受強風作用控制，因此主要分析鋼結構連廊在風荷載作用下的位移和內力，南京婦幼院鋼連廊項目風荷載體型系數主要參考橫琴口岸及交通樞紐工程項目中的風洞試驗報告數據以及相關論文對鋼結構連廊的體型系數研究，采用SAP2000風荷載加載面添加風荷載，分析1#、2# 鋼連廊分別采用方案一、方案二兩種支座施工安裝形式在規范規定風荷載作用下上弦桿與下弦桿的位移量，結果見圖3所示。

圖3 單層支座安裝方式位移量示意圖

對于跨度為30.250m的鋼結構連廊結構，無論采用方案一類似懸臂的支座施工安裝形式還是方案二類似簡支的施工安裝形式，均能滿足規范結構在風荷載作用下位移角不超過1∕400的要求。但對于懸臂的支座安裝形式產生的位移量約是簡支的4倍，因而對于更大跨度的鋼結構連廊，宜對類似方案一的施工安裝方式進行可靠分析，以保證利于施工安裝的前提下滿足規范要求和舒適度體驗。

2.2 采用雙層支座施工安裝形式對鋼連廊結構的影響

對于跨度較大的鋼結構連廊結構，采用單層支座施工安裝形式往往難以滿足位移要求，因而常采用雙層支座施工安裝形式（見圖4所示）。為分析雙層支座施工形式對鋼結構連廊的影響，采用SAP2000有限元軟件對雙層均采用一端雙向鉸接另一端雙向滑動的安裝方式與單層安裝形式進行對比。經分析，雙層布置方案由于上下兩個支座共同抵抗水平力，較單層布置抗側剛度提高一倍，在水平作用下位移變小，支座反力也因為支座的增大而大大降低，同時雙層設置支座時，腹桿僅為傳遞剪力作用，連廊雙層樓板自穩定性較好不存在雙層樓板的協調性問題。因而腹桿可采用鉸接連接，并取消豎腹桿的布置。但雙層設置支座結構冗余約束較多，往往存在施工難度加大，施工精度對結構內力影響大等缺點，因而需深入分析雙層支座設置情形下施工精度對結構次內力的影響[2]。

圖4 雙層支座施工安裝形式

2.3 施工安裝誤差對鋼連廊結構的影響

經上述分析，采用雙層支座安裝施工形式雖有效降低連廊結構在強風作用下的位移，但雙層支座安裝施工難度大，施工精度難以保證，上下弦桿支座處易出現施工誤差[3]。因此需深入分析雙層支座施工安裝形式情況下施工誤差對鋼結構連廊結構的內力影響，分析由于施工誤差造成鋼結構次內力的影響。采用SAP2000有限元軟件，選取支座位移為10mm情況下結構的次內力反應，研究支座安裝誤差對結構的影響（見圖5所示）。在彈性范圍內，支座位移引起的次內力為線性變化，其余安裝誤差可參考10mm情況。

圖5 施工安裝誤差分析示意圖

下弦支座施工安裝誤差10mm工況下，產生的次內力主要由下弦桿及相鄰腹桿承擔，最大次內力為35MPa；上弦桿施工安裝誤差10mm工況下，產生的次內力主要由下弦桿和與支座相連的斜腹桿承擔，最大次內力49MPa。因此雙層支座施工安裝形式雖能有效降低結構在強風作用下的位移和舒適度要求，但支座安裝誤差會引起和支座相連弦桿及腹桿次內力的變化及支座之間受力不均勻等問題，雙層支座施工安裝應深入分析安裝誤差對結構受力的影響。

3 結束語

綜上所述，以南京婦幼保健院丁家莊院區項目鋼結構連廊設計為例，分析不同支座施工安裝形式對結構的影響得出以下結論：

（1）對于小跨度鋼結構連廊尤其是跨度在30.250m以下的鋼結構連廊，建議采用單層支座安裝形式，小跨度鋼結構連廊可采用單層懸臂式支座安裝形式，便于施工安裝且施工安裝精度對整體結構影響較小。

（2）對于小跨度但對鋼結構連廊舒適度要求較高的鋼結構連廊項目，可采用單層類似簡支的支座安裝形式，可極大減小結構在強風作用下的位移量，保證鋼結構連廊在強風地震條件下的舒適度要求。

（3）大跨度鋼結構連廊宜優先考慮采用雙層懸臂或雙層簡支的支座安裝形式，可極大降低結構產生的變形。但考慮施工實際情況的要求，難以保證施工安裝的絕對精度，因此需深入分析雙層支座安裝形式下施工誤差對鋼結構連廊產生的次內力，并采取分段提升等鋼結構施工方案降低連廊結構的次內力，保證結構安全及后期使用的耐久性。

（4）鋼結構連廊的支座施工以及分段提升應與設計進行整體分析，以保證全過程施工流程的安全性和施工周期的控制。