跨主干道连桥结构设计的要点分析

康 侃

（中国建筑科学研究院有限公司深圳分公司，广东 深圳 518057）

1 工程概况

安徽省广播电视新中心分为东西两区，中间有南北向怀宁路通过。其中东西区连桥连接东区和西区建筑物，横跨怀宁路，分南侧和北侧两座，既作为东西区建筑物的人行交通通道，也是新中心腾龙造型的重要组成部分。

本工程平面投影为多段弧线组成的曲线。其中北侧连桥展开跨度约67.2m，悬挑长度约21.9～22.2m，总长度约111.3m；南侧连桥展开跨度约68.4m，悬挑长度约22.1～22.8m，总长度约113.3m。

两座连桥均为三层，其中二层供人员通行，标高12.35m；三层为铺设钢格栅板的设备层，标高22.55m；屋面为设置保温层的压型金属板系统，檐口标高33.15m；屋面以上设置高2.3～5.1m高的装饰构架。墙面为玻璃幕墙，其中在北侧连桥北面设置大型LED屏。

图1 实景图

2 结构设计

2.1 荷载取值

本工程结构安全等级为二级，设计使用年限为50年。建筑抗震设防类别为重点设防类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组，场地类别为II类、特征周期0.35s，抗震等级为三级。50年一遇基本风压为0.30kN/m2，承载力设计时按0.40kN/m2取用，地面粗糙度类别B类。50年一遇基本雪压为0.60kN/m2，由于装饰构架的影响，屋面设计时考虑1.4的积雪分布系数。参照《城市人行天桥与人行地道技术规范》 （CJJ69-95），在地面以上1.8m处考虑350kN的汽车撞击力，但顺桥方向和垂直桥方向不同时作用。温度作用为±25°C。

连桥二层以下为开敞空间，考虑了连桥底面风荷载有变号的可能，即出现风荷载向下的不利情况。

含汽车撞击力的荷载组合时，汽车撞击力采用标准值，可变荷载采用频遇值，活荷载和风荷载的频遇值系数分别取0.6和0.4。

2.2 基础

本工程采用桩基础，桩基设计等级为甲级。桩径1000 mm，扩大头直径1800mm，以中风化泥质砂岩作为桩端持力层。柱下布置4桩承台，考虑钢管混凝土柱的埋入深度，承台厚度取5.35m，桩身混凝土强度等级为C35，承台混凝土强度等级为C40。

2.3 上部结构体系

连桥横向采用框架+支撑结构体系，纵向利用楼层设置整层高的桁架，楼层梁作为桁架弦杆，以实现较大的跨越和悬挑能力，在东西两侧与建筑物之间在不同楼层设置150～300mm宽的变形缝。

每座连桥设置4根框架柱，在三层楼面以下的部分为钢管混凝土柱，截面规格为φ1600x25，填充C40混凝土，在三层楼面以上的部分为钢柱，截面规格为φ1219x20，直径不同处用锥管过渡，材质均为Q345B。柱脚采用埋入式刚接柱脚，埋入承台深度为4.8m。连廊纵向桁架弦杆在二、三层均采用650高的焊接H形钢，屋面层则采用500高的焊接箱形截面。腹杆规格根据内力不同介于φ245～φ508之间。为减小荷载较大的二层弦杆跨度和截面高度，在三层桁架节点处设置φ50的钢吊杆悬吊二层弦杆，以确保所有楼层的弦杆高度与跨度比不超过1/100，以实现较好的外观效果。

本工程的楼盖系统为使用钢筋桁架楼承板浇筑混凝土而成的楼板，由于连桥结构比较狭长，在设置两道后浇带的基础上，采取了以下措施，以保证楼板的面内刚度：

1.楼板厚度取为120mm；2.双层双向配筋，在垂直钢筋桁架的方向，板底、板面加配φ8@150通长钢筋；

图2 结构平面布置图（二层）

图3 结构纵、横向剖面图

2.4 结构计算模型及计算参数

结构整体计算采用通用有限元分析与设计程序midas Gen。参照《矩形钢管混凝土结构技术规程》，在多遇地震及中震作用下的阻尼比均取为0.035。考虑连桥玻璃幕墙及可能存在的少量非承重墙的刚度，对计算周期取用0.9的折减系数。地震作用计算时考虑了5%的偶然偏心及双向地震的影响，并考虑了竖向地震工况。楼板采用能真实反映楼板面内及面外刚度的板单元进行模拟。

考虑到本工程的重要性及结构特点，对抗侧力体系组成部分中的框架梁、桁架弦杆、腹杆、水平支撑，进行中震不屈服设计；对柱及柱间支撑，进行中震弹性设计。

图4 结构计算模型

2.5 结构分析结果

特征值分析结果显示，两座连桥第一自振周期均为大致沿结构横向的平动，第二自振周期则为大致沿结构纵向的平动，但因为连桥为曲线形，以平动为主的周期中仍存在一定的扭转成分。而两座连廊的第三自振周期均以扭转为主，第一扭转周期与第一平动周期的比值分别为0.754（南侧）和0.78（北侧）。

风荷载作用下柱顶位移与柱高的比值为0.0484/32.75=1/677，在多遇地震作用下柱顶位移与柱高的比值为0.0132/32.75=1/2481，均满足相关规范的要求。

在考虑偶然偏心或双向地震的工况下，各层的楼层最大位移与楼层平均位移的比值均小于1.2，结构不存在扭转不规则的情况。

桁架跨中总挠度f=37.8mm，相应跨度L=63708mm，f/L=1/1685；桁架悬挑段总挠度f=18.4mm，相应悬挑长度度L=22943mm，f/L=1/1247，均远小于相关规范的要求。

2.6 主要抗侧力构件的验算结果

基于本工程的重要性，及抗侧力构件的特点，对水平抗侧力构件进行了中震不屈服验算，最大应力比为0.45，对柱及柱间支撑进行了中震弹性验算，最大应力比为0.41，均满足要求。

3 结语

连接建筑物的跨城市主干道连桥因受到场地和道路通行功能的影响，普遍存在跨度较大，悬挑较大，竖向承重构件数量较少的情况。利用楼层处的构件设置整层高的桁架，可实现较强的跨越能力和悬挑能力。当跨度较大时，在连桥横向宜设置柱间支撑以提高抗侧刚度。考虑到结构的重要性，对抗侧力体系组成部分的构件应进行中震作用下的承载力验算，以提高地震作用下的结构安全性。