大跨度复杂钢结构连廊的设计思考

大跨度复杂钢结构连廊的设计思考

阳耀锋 / 511023************

【摘 要】近年来，随着我国城市化建设进程的不断加快，推动了建筑业的发展速度，各类建筑工程随之与日俱增。出于对建筑使用功能和外观造型的要求，一些建筑工程项目建设中需要采用连廊结构，其主要起连接作用。想要确保连廊结构的安全性和稳定性，就必须保证连廊的设计质量，特别是对于一些大跨度复杂钢结构连廊的设计其质量更为重要。若是设计中存在差错，很可能导致非常严重的后果。基于此点，本文首先对连廊结构的特点进行分析，并在此基础上提出大跨度复杂钢结构连廊的设计要点。

【关键词】高层建筑；大跨度；钢结构；连廊

一、连廊结构的特点分析

现代建筑结构学对连廊给出了如下定义：所谓的连廊是复杂高层建筑结构体系中的一种，其具体是指两幢及以上的高层建筑之间由架空连接体互相连接，进而满足建筑造型和使用功能的要求，这里的连接体即连廊。连廊的跨度少则几米，多则几十米。通常情况下，连廊都是按照建筑功能的要求进行设置的，它能够方便两个塔楼之间的相互联系，并且还能为建筑结构增添一定的特色。消防连廊是连廊结构中的一种特殊形式，其能够起到安全通道的作用，所有的消防连廊都对防火有着十分严格的要求，在结构设计中必须全部采用防火材料。由于连廊结构自身的特殊性，使其具有一系列不同于普通结构的特点，具体体现在以下几个方面上：

（一）扭转效应

与其它的体型结构相比，连廊结构的扭转振动变形比较大，这使得该结构形式的扭转效应非常明显，这也是采用连廊结构时必须特别注意的问题之一。通常情况下，在风荷载或是地震荷载作用下，结构本身除了会产生出一定平动变形之外，也会产生出扭转变形，而扭转效应则会随着两个塔楼之间不对称性的不断增加而进一步增大，即便是对称双塔连廊结构，连廊楼板发生变形后，也有可能引起两个塔楼的相向运动，此时这种振动形态也会随之变得更加复杂，相应的扭转效应就会更加明显。

（二）连廊部分的受力情况较为复杂

在带有连廊的建筑结构当中，连廊是较为重要的部位之一，它的受力也相对比较复杂。这是因为连廊部分不但要协调两端结构的变形，从而在水平荷载的作用下需要承受较大的内应力，同时，当连廊自身跨度较大时，除了会受到竖向荷载的作用之外，竖向地震作用对连廊结构的影响也十分明显。为了确保结构的整体安全性，我国现行的JGJ3-2003规范中明确规定，连接体结构应当加强构造措施，其边梁截面应加大且楼板实际厚度不得小于150mm，并且应当采用双向双层钢筋网，每一层每个方向上的钢筋网配筋率不得小于25%。在建模过程中，由于连接体结构本身体型的特殊性，使得连接部位较为复杂，所以应当采用有限元分析法进行建模，而连体部位的楼板则应当采用弹性楼板进行计算。JGJ3-2003中还规定8度抗震设计时，连体结构的连接体应当充分考虑竖向地震作用的影响，这一点在实际设计过程中必须予以特别注意。

（三）连廊两端结构的连接方式

连廊结构与两端塔楼的支座连接是整个结构设计中最为关键的环节，若是该部分处理不当，会使结构的整体安全性受到严重影响。连接处理方式通常都是按照建筑方案与实际布置情况进行确定的，可以采用的方式主要包括以下几种：刚性连接、柔性连接、铰接连接以及滑动连接等等。由于每一种连接方式的处理方法均不相同，所以都需要进行详细的分析和设计，这有助于确保结构的整体稳定性。

二、大跨度复杂钢结构连廊的设计要点

为了便于本文的研究，下面以某工程实例为依托对大跨度复杂钢结构连廊的设计进行介绍。

（一）工程概况

该工程项目的开发功能为办公与商业综合体，其中具体包括3栋办公塔楼（1-3号楼）和一座多层商业楼（4号楼），四栋楼之间利用5座连廊相互连通，进而使整个建筑形成一个有机的整体，该工程建好后将会成为当地的标志性建筑之一。各塔楼之间均由连廊进行互相连接，连廊采用的是带钢拉杆的桁架结构形式，连廊结构与两端塔楼以滑动连接方式相连接。在五座连廊当中，2号连廊的跨度最大，为45.8m。下面对该连廊的设计要点进行详细阐述。

（二）连廊的结构设计

2号连廊为双层结构，宽7.5m，跨度为45.8m，属于比较典型的大跨度连廊，总体高度12m，主要负

责连接2号楼与4号楼的2-3层。弦杆采用的是H形截面，竖腹杆采用的是箱型截面，由于该连廊玻璃幕墙的板块宽度为750mm，故此竖腹杆的间距为3m（该间距为玻璃板块宽度的4倍），为了尽可能减小斜杆的尺寸，决定采用钢拉杆，其结构简图如图1所示。

图1 连廊结构简图

经过相关计算，在恒荷载+活荷载标准值作用下，该连廊跨中的竖向扰度为70mm，为跨度的1/654，满足有关规范规定的1/400的要求，上、下弦端部水平变形分别为11mm和9mm，天桥在荷载组合设计值作用下的最大应力比为0.90。该连廊结构采用的是高强度的钢拉杆作为斜腹杆，拉杆材质为Q460钢，且为UU型钢拉杆，采用这种形式的钢拉杆不但能够满足建筑结构的效果要求，而且也符合斜腹杆端头铰接的力学模型。

（三）连廊端头节点设计

通常情况下，在温度变化、风荷载以及地震力的作用下，连廊两端的塔楼会发生水平位移，为了确保该连廊两端塔楼能够相互独立的产生水平位移又相互之间不彼此影响，决定在连廊与塔楼间采用滑动支座进行连接。该支座能够提供横桥向和竖向的约束，进而达到释放顺桥向及三个转动自由度的位移。该连廊两端共采用了12个支座，为了满足结构要求，支座型号选用的是QZ1500ZX，它可以提供最大为1500kN的竖向支撑力，并允许最大弧度为0.02的转向位移、100mm的顺桥向位移。此外，按照我国现行的GB50011-2001规范中的有关规定，抗震缝的最小值应大于等于100mm，因此，在工程设计中，该连廊端头与塔楼的混凝土结构间预留出100mm的抗震缝。

（四）质量调谐阻尼器（TMD）设计

在本工程中，该连廊结构属于大跨度人行天桥，在设计过程中不仅需要对结构的刚度和强度进行有效控制，而且还需要对振动舒适度进行分析。按照GJJ69-95中的规定要求，天桥上部结构的竖向自振频率不得小于3Hz。该连廊虽然满足刚度和强度的要求，但经过分析后发现其第一竖向振频为2.4Hz，该值与GJJ69-95中相关规定的要求不符。同时通过对该连廊进行振动激励分析得出，其跨中位置的振动加速度达到0.08g，远远没有达到振动舒适度的要求。为此，决定在连廊上中下层的跨中位置处分别设置三个TMD 装置，当三个装置全部安装就位后，经计算跨中部分的最大加速度响应降低为0.0143g，该值符合室内天桥0.015g的限制要求。

参考文献：

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[3]徐文华.复杂高层多塔楼连体结构高空连廊的分析与设计[J].同济大学结构工程学院学报.2007(9).