白云金控·未来产业加速基地项目连廊的结构设计

刘烽锋，郑志刚

（中建三局集团有限公司广州分公司，广东广州 510220）

1 工程概况

白云金控·未来产业加速基地项目位于广州市白云区民营科技园未来产业创新核心区内，派特斯小镇东侧，集美化妆品有限公司西侧，北太路北侧，绿地云央西南侧。

该工程结构设计使用年限为50年。建筑安全等级为二级，地基基础设计等级为甲级，抗震设防类别为丙类。工程抗震设防烈度为Ⅶ度0.1g，建筑场地的类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组，特征周期Tg=0.35s，基本风压w0=0.5，地面粗糙度类别为B类。

该工程共有1#楼，1#楼辅楼，2#楼，3#楼四栋单体，单体间嵌固端以上部分采用抗震缝分开。其中2#楼和3#楼之间4~6层部位设有连廊。其平面和立面图分别如图1和图2所示。

图1 连廊平面

图2 连廊立面

2 结构体系

本工程2#楼为框架结构，建筑高度33.9m，3#楼为框架结构，建筑高度21.3m。2#楼主要柱跨为8.4m×9.4m，主要柱尺寸为600×900，与连廊相连的柱尺寸为800×1000。3#楼主要柱跨为8.4m×8.1m，主要柱尺寸为700×700，与连廊相连的柱尺寸为800×1000。

连廊跨度32.4m，宽度17.4m，共两层，层高4.2m，采用三榀桁架组成。三层楼板，采用钢筋桁架楼承板。次梁采用组合钢梁，两端铰接，主梁两端刚接。铅芯橡胶支座型式的滑动—铰接支座，将多塔连体结构通过连廊产生的偶联效应限制在一定范围内。

3 支座布置原则

支座布置有两种方式：①集中布置；②分散布置。集中布置将支座布置于桁架底部，各层的荷载从底部支座传递至主体结构，分散布置为逐层设置支座，各层荷载根据刚度分配至各层主体。集中布置的优点为力传递路线简单明确，缺点为支座牛腿受力较大，牛腿设计较困难。分散布置的优点为支座受力较小，降低牛腿设计难度，缺点为传力路径复杂，受力不明确，对安装要求较高。

本项目工期较紧，如采用集中布置，牛腿须采用劲性混凝土方能在截面限制条件内满足承载力要求。综合考虑后，决定采用分散布置。有效降低各支座处承担的竖向荷载，采用混凝土牛腿即能满足承载力要求。同时要求施工安装时，应在地面组装成型后，再逐榀整体吊装，使施工时的构件刚度与计算假定相符。

支座的选择应符合计算假定，铰接支座考虑DX，DY，DZ三个方向的约束，滑动支座考虑DX，DZ两个方向的约束，DY向为桁架方向，DX向为桁架面外方向。同时支座需要满足安装便捷，检修方便，便于更换等要求。综合对比考虑了摩擦摆支座、球铰支座、铅芯橡胶支座等各类支座型式。

铅芯橡胶支座具有较大的初始刚度，在持久、短暂工况下具备良好的使用性，各支座可视为铰支座，且具备良好的变形恢复能力，其水平恢复力模型详图3。大震屈服后水平刚度折减至原来的不到10%，屈服的支座可视为滑动支座，能延长结构固有周期减小地震反应。相同性能下，铅芯橡胶支座的尺寸较小，可降低牛腿承担的偏心弯矩。支座与牛腿及连廊采用螺栓连接，便于检修及更换。最终确定使用铅芯橡胶支座，支座布置如图4所示，选用的支座型号均为LRB600型铅芯橡胶支座，铅芯橡胶支座构造详见图5。

图3 铅芯橡胶支座水平恢复力模型

图4 铅芯橡胶支座布置

图5 铅芯橡胶支座构造

对铅芯橡胶支座而言，在罕遇地震下的水平位移限值不应超过支座有效直径的0.55倍和支座内部橡胶总厚度3.0倍二者的较小值。根据本项目选用的支座型号，可以计算得到0.55D=0.55×600=330mm，3Tr=3×94=282mm。故水平位移限值可取282mm。当罕遇地震下的支座水平位移相对水平位移限值较小时，可认为连廊无坠落风险，可不增加防坠落措施。

4 结构计算原则与分析结果

4.1 主体结构计算原则与分析结果

主体结构采用YJK软件分析设计，2#楼及3#楼按单塔计算分析，连廊转化为相应的恒载及活载输入至相应部位。楼板采用刚性板模型，与连廊相连附近区域采用弹性板模型。水平多遇地震作用下反应谱分析考虑偶然偏心影响，振型参与质量不小于结构总质量的90%。与连接体相连的框架柱、梁按中震弹性进行设计，且将抗震等级提高一级。

单塔计算分析的前3阶自振周期结果详表1。从表中数据分析，得出以下结论。由于两个塔楼体型相差较大，因此前3阶自振周期也相差较大。两个塔楼的扭转周期比均不超过0.85，抗扭刚度均较大。自振周期相差大时，采用弱连接可以有效降低连接体受力，降低构件设计难度。抗扭刚度较大可以有效降低连接体支座的扭转位移。

采用YJK软件分析小震弹性时程。选取2组人工波及5组天然波。时程平均地震影响系数曲线与反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。每条时程曲线的结构底部剪力不小于振型分解反应谱法计算结果的65%，不大于135%，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%，不大于120%[1]。根据时程分析结果对反应谱水平地震剪力进行放大。

为了解在罕遇地震下连接体的位移情况，合理设置两端防震缝间距，采用YJK软件对结构进行等效弹性大震分析，参数输入时，结构阻尼比增加0.02，周期折减系数增加为0.8，特征周期增大0.05s，中梁刚度放大系数改为1.5，考虑双向地震，剪重比、薄弱层、0.2V0等不进行调整。计算得到的各层各支座大震位移包络为，2#楼85.11mm（X向）、86.42mm（Y向），3#楼82.41mm（X向）、64.85mm（Y向），防震缝间距应大于两楼大震位移包络值的绝对值之和，设为210mm，以保证结构在大震作用下有足够的变形区间。

4.2 连廊计算原则与分析结果

架空连廊钢桁架的构件均采用Q355钢构件，本连廊由三榀桁架组成，其中边榀桁架水平杆件采用H型钢H600×500×16×26，竖向杆件采用箱型截面B500×500×30×30，斜腹杆采用热轧H型钢HW350×350及HW300×300。中间榀桁架水平杆件采用H型钢H600×500×16×28，竖向杆件采用箱型截面B550×500×30×50，斜腹杆采用H型钢H400×400×13×26、热轧H型钢HW350×350及HW300×300。连廊的楼板采用厚120mm钢筋桁架楼承板组合楼板。组合刚梁与混凝土楼板构成了一个楼板平面内的水平传力体系，三层楼板与三榀桁架共同构成了一个空间桁架体系，有效的增加了钢连廊抗侧刚度和抗扭刚度。连廊楼板钢筋采用双层双向通长布置，最小配筋率采用0.25%，压型钢板与钢梁之间的连接栓钉适当加密。

采用MIDAS软件对连廊进行中震分析，得到中震作用连廊桁架杆件应力比详表2，桁架整体变形详图6，楼板应力详图7及图8。

图6 架整体变形（单位：mm）

图7 楼板EX作用下sig-xx应力（单位：N/mm2）

图8 楼板EY作用下sig-yy应力（单位：N/mm2）

表2 桁架杆件应力比

由图表数据知，本项目采用的构件截面满足中震弹性的要求，桁架在中震作用下变形较小，楼板在中震作用下的主拉应力、剪应力小于混凝土抗拉强度设计值。

采用MIDAS软件对连廊的振动舒适度进行分析计算。舒适度分析计算包含自振频率验算与振动加速度验算。舒适度计算时，钢—混凝土组合楼盖混凝土的弹性模量按现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）的规定数值放大1.35倍，楼面活荷载采用有效均布活荷载[2]。连廊楼盖的周期及频率计算结果详表3，楼盖最大加速度计算结果详图9。

表3 楼盖特征值分析结果

图9 楼盖加速度分析结果

由图表知，模态1为楼盖第一阶竖向自振频率（周期），其值为4.75Hz＞3Hz，满足规范要求。采用三人并排行走的单步行走分析，楼板最大加速度为0.03416m/s2＜0.15m/s2满足规范要求[3]。

4.3 牛腿计算原则与分析结果

计算采用的荷载的合理可靠为牛腿设计的重点。本项目牛腿设计采用MIDAS软件对连廊进行小震及中震分析，得到各工况下的支座反力。对中震工况、小震工况、持久短暂工况下的各项反力进行组合，取最不利工况为承载力验算控制工况进行验算。同时考虑到牛腿为静定构件，对承载力验算的作用进行一定比例的放大，放大系数为1.1~1.5左右。同时在建筑造型允许的情况下，牛腿剪跨比a/h0应控制在0.3以内，以取消牛腿内的弯起钢筋，降低施工难度，方便支座埋件安装。

5 结语

连体结构因受力的复杂性，通常造成连廊构件及与连廊相连构件的构造比较复杂，对施工造成较大困扰，本项目从方便施工，缩短建设工期，降低施工成本的角度出发，精心设计，在满足结构的安全性的前提下，实现了构造比较简单的构件设计。对类似项目具有较大的参考价值。