某高层办公楼型钢砼连体结构设计论文

某高层办公楼型钢砼连体结构设计

摘要：本工程通过设置抗震缝形成由两个塔楼和高位大跨连廊组成的高层连体结构。连接体两端采用刚性连接，楼盖为型钢梁加压型钢板混凝土组合楼盖。连接体位置高，跨度较大，且两端塔楼层高与连体结构不同，同时因塔楼与连体采用两种不同类型的材料，给结构设计带来挑战。设计采取多种抗震技术措施，详细分析了连体结构的受力性能。

关键词：连体结构；高层建筑；型钢混凝土；抗震设计

中图分类号：tu973+.31 文献标识码：a 文章编号：

一、工程概况

本工程位于湖南省长沙市，为两栋高层商业办公楼。建筑面积7.5万m2，地下1层，地上16层，结构高度为59.9m，宽度18.6m，高宽比3.22。通过合理设置2条抗震缝，将本工程分为两个塔楼和一个高层连体结构，本文仅对高层连体结构进行分析。连体结构左端塔楼1层层高5.5m，2~3层层高4.5m，4层以上层高均为3.6m。连体结构右端塔楼1层层高5.0m，2~3层层高4.2m，4层以上层高均为3.5m。在标高40.9m~59.9m处通过连接体形成连体结构，设计为3层楼面和一层屋面，层高分别为7.2m、7.3m、4.5m。连接体两端与塔楼刚性连接，采用型钢梁加压型钢板混凝土组合楼盖，跨度为

23.7m。

二、主要设计参数

本工程设计使用年限为50年，安全等级为二级，建筑抗震设防

列别为丙类，地基基础设计等级为甲级。抗震设防烈度为6度（0.05g），设计地震分组为第一组。地震影响系数按《建筑抗震设计规范》 (gb50011-2010)采用，水平地震影响系数最大值为α

max=0.04，建筑场地土类别为ⅲ类，特征周期tg=0.45，周期折减系数取0.75，结构阻尼比为0.05，仅对连接体钢结构部分计算时，结构阻尼比取0.04。框架、剪力墙抗震等级为三级，连接体及与连接体相邻的结构构件抗震等级为二级。根据《建筑结构荷载规范》(gb50009-2001) (2006年版)，基本风压为wo=0.35kn/m2，体型系数为1.3，地面粗糙度按c类考虑。

三、结构布置及采取的抗震技术措施

本工程建筑平面较狭长，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（jgj3-2002）（以下简称高规）规定：连体结构各独立部分宜有相同或相近的体型、平面和刚度。通过合理设置2道抗震缝，使连体结构两边的塔楼采用基本一致的体型、平面和刚度，可以在一定程度上减小复杂的耦联振动，对抗震有利。

连接体两端塔楼采用框架-剪力墙结构，与连接体相连的框架柱采用型钢混凝土柱，连接体采用焊接h型钢梁，钢梁上通过栓钉连接压型钢板，再浇筑混凝土。连接体钢梁与两端塔楼型钢混凝土柱采用刚性连接，钢结构次梁与主梁铰接。连接体每层均相同处理，结构平面布置见图1。

根据《高规》规定：连接体结构可设置钢梁、钢桁架和型钢混凝土梁，型钢应伸入主题结构并加强锚固。本项目连接体两端塔楼的

型钢混凝土柱均往下延伸一层，连接体钢梁连续伸入两端塔楼内，即与钢梁相邻的梁采用型钢混凝土梁。连接体钢梁h型钢尺寸为1500x600x20x50，与之相连的型钢混凝土梁为500x800，型钢尺寸为h450×200×10×20。连接体每层两端均设置型钢混凝土梁。

由于连体结构总体为一开口薄壁构件，扭转性能较差，连接体及与连接体相连的结构构件受力复杂，易形成薄弱部位，必须予以加强。根据《高规》：抗震设计时，连接体及与连接体相邻的结构构件的抗震等级应提高一级采用，一级提高至特一级。两端塔楼框架和剪力墙抗震等级为三级，连接体及其相邻结构构件抗震等级为二级。与连接体钢梁相连的型钢混凝土柱截面尺寸为800x900，型钢尺寸为h 500×600×20×25，柱配筋率为1.4%。根据《高规》：连接体结构应加强构造措施，连体结构的边梁截面宜加大，楼板厚度不宜小于150mm，宜采用双层双向钢筋网，每层每方向钢筋网的配筋率不宜小于0.25%。连接体每层楼板采用压型钢板混凝土组合楼盖，混凝土板最薄处为100mm，最厚处为175mm。连体位置两端塔楼采用150mm厚钢筋混凝土楼板，见连体部分楼板加强区域示意图2。加强区域范围内钢筋全部拉通，使连接体部分更能有效抵抗板内可能出现的拉应力。

图1连体部分结构平面布置图

图2连体部分楼板加强区域示意图

四、多遇地震下结构计算结果

本工程主体结构采用satwe（2010年版本）和pm-sap（2010年

版本）两种计算程序进行结构整体分析。

周期及剪重比。分析时采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法进行计算。分别计算其固有振动特性，振动周期计算结果见表1。振型数取为30，振型参与质量大于总质量的90%，满足高规要求。satwe软件计算本工程总质量为294623kn，第3振型为两塔楼自身相对平动引起的扭转，周期比为t3/ t1=0.779<0.85；x方向地震作用下，左塔和右塔的基底剪力分别为2103kn、2409kn，剪重比为1.49%、1.57%；y方向地震作用下，左塔和右塔的基底剪力分别为2339kn、2520kn，剪重比为1.66%、1.64%。

pm-sap计算结果总体上与satwe结果很接近。pm-sap计算的结构总质量为288354kn。计算振型数为30，振型参与质量大于总质量的90%，满足高规要求。取扭转质量参与系数大于50%的第3周期作为结构扭转为主的第1自振周期，周期比t3/ t1=0.737<0.85。x方向地震作用下，左塔和右塔的基底剪力分别为2023kn、2505kn，剪重比分别为1.45%、1.69%；y方向地震作用下，左塔和右塔的基底总剪力为2420kn、2584kn，剪重比为1.73%、1.74%。

表1 动力特性计算结果

水平位移及层间位移角。《高规》规定：在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍；按弹性方法计算的高度不大于150米的高层框架-剪力墙结构