施工安装方式对钢结构连廊弱连接支座结构稳定性的影响分析

张 帅

（晋城合为规划设计集团有限公司，山西 晋城 48000）

0 引言

连接体结构通常指多个塔楼在一定高度上用架空连接体相连而成的结构。根据连接体与塔楼的连接方式，连接体结构大致可分为强连接与弱连接。当连接体结构的连接体包含多层楼盖且刚度较大时宜采用强连接构造，强连接能够协调两侧塔楼的变形内力，使连接体与两侧塔楼形成协同受力的整体结构；但往往存在受力复杂，扭转效应明显，施工难度大等缺点。而弱连接结构适用于连接体结构刚度小无法协调两侧塔楼协同受力，或两侧塔楼刚度差异较大的情形；采用弱连接可有效降低连接体对两侧塔楼的影响。钢结构连廊结构往往刚度较小，跨度较大，两侧塔楼刚度差异较大，因而常采用弱连接构造既方便施工同时降低连廊结构对两侧塔楼的影响。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）对连接体弱连接结构的规定，当连接体与主体结构采用滑动连接时，支座滑移量应能满足两个方向在罕遇地震作用下的位移要求[1]。钢结构连廊结构施工往往存在施工工序多，吊装与整体提升安装精度难，施工过程偏差对结构稳定影响大等问题。而连廊支座的选用与施工安装方式对上述问题起到关键作用。因此如何选用合理的弱连接支座形式对控制施工难度和连廊结构在罕遇地震及风荷载作用下的变形至关重要。本文结合南京妇幼保健院丁家庄院区钢连廊结构，分析连廊支座安装方式对钢结构连廊弱连接支座结构稳定性的影响。

1 工程概况

南京妇幼保健院丁家庄院区项目位于南京市栖霞区丁家庄，抗震设防烈度为7度（0.1g），设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅲ类，基本风压为0.40kN∕m2，建筑总面积29.3万m3，其钢结构连廊平面示意图见图1所示。其中门诊医技楼与病房楼之间需设置2处钢结构连廊以满足建筑通行的要求，1#连廊跨度30.250m；2号连廊跨度为21.500m，为便于现场施工及降低整体建造成本，钢结构连廊采用弱连接支座形式进行设计施工，主要支座形式为固定铰支座、单向滑动支座与双向滑动支座。

2 钢结构连廊支座施工安装方式对结构的影响

2.1 采用单层支座施工安装形式对钢连廊结构的影响

为深入分析单层支座布置情况下不同施工安装形式对连廊结构变形和内力的影响，采用两种常用的单层支座布置方案（见图2所示）。应用有限元软件SAP2000进行受力分析。方案一采用一端铰接，另一端双向滑动类似悬臂的施工安装体系，在钢连廊上弦布置支座下弦通过竖腹杆刚接提供抗侧刚度；方案二采用一端铰接，另一端单向滑动类似简支的施工安装体系。

图2 单层支座施工安装示意图

由于该项目连廊结构变形与内力主要受强风作用控制，因此主要分析钢结构连廊在风荷载作用下的位移和内力，南京妇幼院钢连廊项目风荷载体型系数主要参考横琴口岸及交通枢纽工程项目中的风洞试验报告数据以及相关论文对钢结构连廊的体型系数研究，采用SAP2000风荷载加载面添加风荷载，分析1#、2# 钢连廊分别采用方案一、方案二两种支座施工安装形式在规范规定风荷载作用下上弦杆与下弦杆的位移量，结果见图3所示。

图3 单层支座安装方式位移量示意图

对于跨度为30.250m的钢结构连廊结构，无论采用方案一类似悬臂的支座施工安装形式还是方案二类似简支的施工安装形式，均能满足规范结构在风荷载作用下位移角不超过1∕400的要求。但对于悬臂的支座安装形式产生的位移量约是简支的4倍，因而对于更大跨度的钢结构连廊，宜对类似方案一的施工安装方式进行可靠分析，以保证利于施工安装的前提下满足规范要求和舒适度体验。

2.2 采用双层支座施工安装形式对钢连廊结构的影响

对于跨度较大的钢结构连廊结构，采用单层支座施工安装形式往往难以满足位移要求，因而常采用双层支座施工安装形式（见图4所示）。为分析双层支座施工形式对钢结构连廊的影响，采用SAP2000有限元软件对双层均采用一端双向铰接另一端双向滑动的安装方式与单层安装形式进行对比。经分析，双层布置方案由于上下两个支座共同抵抗水平力，较单层布置抗侧刚度提高一倍，在水平作用下位移变小，支座反力也因为支座的增大而大大降低，同时双层设置支座时，腹杆仅为传递剪力作用，连廊双层楼板自稳定性较好不存在双层楼板的协调性问题。因而腹杆可采用铰接连接，并取消竖腹杆的布置。但双层设置支座结构冗余约束较多，往往存在施工难度加大，施工精度对结构内力影响大等缺点，因而需深入分析双层支座设置情形下施工精度对结构次内力的影响[2]。

图4 双层支座施工安装形式

2.3 施工安装误差对钢连廊结构的影响

经上述分析，采用双层支座安装施工形式虽有效降低连廊结构在强风作用下的位移，但双层支座安装施工难度大，施工精度难以保证，上下弦杆支座处易出现施工误差[3]。因此需深入分析双层支座施工安装形式情况下施工误差对钢结构连廊结构的内力影响，分析由于施工误差造成钢结构次内力的影响。采用SAP2000有限元软件，选取支座位移为10mm情况下结构的次内力反应，研究支座安装误差对结构的影响（见图5所示）。在弹性范围内，支座位移引起的次内力为线性变化，其余安装误差可参考10mm情况。

图5 施工安装误差分析示意图

下弦支座施工安装误差10mm工况下，产生的次内力主要由下弦杆及相邻腹杆承担，最大次内力为35MPa；上弦杆施工安装误差10mm工况下，产生的次内力主要由下弦杆和与支座相连的斜腹杆承担，最大次内力49MPa。因此双层支座施工安装形式虽能有效降低结构在强风作用下的位移和舒适度要求，但支座安装误差会引起和支座相连弦杆及腹杆次内力的变化及支座之间受力不均匀等问题，双层支座施工安装应深入分析安装误差对结构受力的影响。

3 结束语

综上所述，以南京妇幼保健院丁家庄院区项目钢结构连廊设计为例，分析不同支座施工安装形式对结构的影响得出以下结论：

（1）对于小跨度钢结构连廊尤其是跨度在30.250m以下的钢结构连廊，建议采用单层支座安装形式，小跨度钢结构连廊可采用单层悬臂式支座安装形式，便于施工安装且施工安装精度对整体结构影响较小。

（2）对于小跨度但对钢结构连廊舒适度要求较高的钢结构连廊项目，可采用单层类似简支的支座安装形式，可极大减小结构在强风作用下的位移量，保证钢结构连廊在强风地震条件下的舒适度要求。

（3）大跨度钢结构连廊宜优先考虑采用双层悬臂或双层简支的支座安装形式，可极大降低结构产生的变形。但考虑施工实际情况的要求，难以保证施工安装的绝对精度，因此需深入分析双层支座安装形式下施工误差对钢结构连廊产生的次内力，并采取分段提升等钢结构施工方案降低连廊结构的次内力，保证结构安全及后期使用的耐久性。

（4）钢结构连廊的支座施工以及分段提升应与设计进行整体分析，以保证全过程施工流程的安全性和施工周期的控制。