高层建筑屋顶钢结构连廊设计

高层建筑屋顶钢结构连廊设计

发表时间：2016-03-28T11:56:14.277Z 来源：《基层建设》2015年21期供稿作者：冯亚斌

[导读] 河南省建筑设计研究院有限公司目前，在高层建筑屋顶钢结构设计中，连廊结构已经普遍应用。

河南省建筑设计研究院有限公司河南郑州 450000

摘要：目前，在高层建筑屋顶钢结构设计中，连廊结构已经普遍应用。为了提高连廊结构的安全性和稳定性，因此必须要确保连廊设计合理，提升质量，针对空中连廊以及与主体的连接成为连廊设计的关键问题。由于高层建筑屋顶钢结构连廊的连接方式具有刚性或者是柔性两个特征，并且柔性连接的支座设计难度更大，本文针对某高层建筑连廊中滚轴支座在设计、抗震以及抗风验算以及构造连接方面做了详细的介绍，确保整个建筑工程顺利实施，同时提升建筑屋顶钢结构连廊设计的合理性和规范性。

关键词：高层；屋顶；钢结构；连廊；设计

随着国民经济在快速发展，高层建筑迅猛发展，出现了复杂化、多样化以及各种商业、住宅等建筑连廊结构建造，采用连廊设计的特征是：美观、灵活组织交通以及具有活泼性，目前成为城市建筑结构建设一道亮丽的风景线，笔者通过自身多年实践工作经验，归纳并总结到高层建筑屋顶钢结构连廊设计施工状况，结合某高层建筑的实际情况，并对其进行抗震及抗风验算，阐述了构造措施以及主楼的加强措施，全面提升连廊设计合理化，推动高层建筑的不断进步。

一、高层建筑屋顶钢结构概况

某建筑项目总体规划建筑面积为，位于某城市科技研发园区域内，办公和科研主楼建筑为8层，是两组相对弧形现浇钢筋混凝土框架剪力墙组合而成，前弧形则是办公楼，后弧形是科研楼。科研楼主体分为两栋楼，这两栋楼是在一层及八层之间练成一体，六层设置了钢结构空中封闭式连廊，连廊的两端是和两栋楼连接，连廊跨度是16.5m米，距离地面55m，属于大跨度连廊，此连廊采用钢桁架结构形式。如图一所示，此项工程连廊立面简视图。

二、针对抗震以及抗风要求设计

对于具有连廊的建筑结构来讲，连廊是极为关键的构成部分，由于连廊自身受力非常复杂，连廊部分不仅要充分协调两端结构主体之间存在的形变力，而且在水平荷载作用下承受着极大内应力；大跨度连廊除了承受竖向荷载作用，竖向地震作用也会对连廊整体结构带来危害；为了能够充分保障主体结构安全可靠性，则通常设计时要充分考虑竖向地震作用对其的影响，并且在具体实施中更应予以重视。一般高层建筑屋顶钢结构在连廊设计中，一端采用刚连接，一端采用滑动的设计方案，要对其进行计算之后，确定具体的参数，并且结合“大震不倒，中震可修”的原则标准，设计具体的节点以及对变形的控制，以保证连廊使用过程中不能出现地震突发时造成坍塌的现象。一般情况下，在连廊与塔楼的连接处，采用6根40密肋钢梁伸入楼中一跨5m，端头与工字钢I45用连接钢板焊接以及高强螺栓连接而成，然后还需要通过压型钢板以及混凝土面层与塔楼连成一个整体，在板楼的顶层设置中，要采用滚轴支座，最终实现自动滑动的效果。

高层建筑屋顶钢结构连廊在设计过程中按照上下两个构件计算，一般将构件固定一端滑动。算出位移之后，从而验算构件强度、支座连接以及变形状况，在设计中，如果按照塑性分析，基于新建筑抗震设计规范中结构在罕遇地震作用下层间塑性位移角限值1/100，并且两楼相对的位移在1108mm。其滑动直走处钢梁伸入楼板楼顶的2.6m处，最终来满足纵向位移标准，当滑动端与板楼屋顶结构构件的弱连接被破坏时，使得该建筑与主体出现了脱离状态，呈现滑动状态，由此连廊在设计中不至于出现坍塌现象。另外，其横向是基于位移反推出构件的内力进行具体节点的设计，主要针对钢梁、节点、螺栓以及焊缝和混凝土节点进行验算，一般按照材料标准强度具体计算，连廊结构自身的重力荷载能够起到控制作用，并且完成对风荷载的构件进行相应的验算，如图二所示，连廊结构设计的滑动支座构造简视图。

三、连廊结构构造设计

第一，要对钢梁伸入塔楼的跨度进行设计，将一端固定在与工字钢I45，采用角钢焊接以及高强螺栓进行连接，确保工字钢固定在墙体的牛腿上，以埋件的方式进行连接，还需要将构件埋件拉筋与结构墙体楼板等在混凝土浇筑中使其成为一体结构，最终实现刚接状态。还需要采用滚轴支座，以及弧形支座，根据机械设计规范要求，一般选用NV2130型轴承支座，在完成施工之后，要对局部进行修改，确保其

整体效果。

第二，在风荷载产生的向上位移中，要在下榀滑动支座梁上加设工字钢扣住双槽钢，并且要留有一定的间隙，起到控制的效果，但是在上榀梁设计中，需要在弧形支座上加设钢梁穿越空心钢板，并且将孔的四周以及钢板的两侧用橡胶进行填充，确保钢梁的自由滑动，并且可以达到限制竖向变形效果，接下来需要在相应的墙体楼板构造中进行加强，同时在钢梁伸入外墙处留洞，其间隙要采用橡胶进行填充，确保整个钢梁有一定的变形能力。

第三，为了减少风压，在上榀的叠合层上要加设洞口，将其在悬挑端加设一个圆孔，其效果是减少风压，另外连廊设计为了确保其在中震以及大震下的强度和变形，一般要对主楼的荷载进行计算，针对刚接墙体按中震弹性进行具体参数计算，提高其抗震防震系数。以上整个构造对策，主要的目的是确保高层建筑屋顶钢结构连廊设计的效果，加强其抗震以及抗风安全系数，在计算出具体的设计参数之后，确保连廊设计结构的整体性和稳定性。

第四，连廊端头的节点设计会在温度变化及风荷载和地震了等方面作用下，导致连廊两端结构出现水平位移，为了能够充分保障此连廊两端结构主体可以相互独立式出现水平位移，并且两者之间不会彼此牵连，连廊则利用一端铰链进行连接，另外一点则采用滑动连接。两端的支座都可以提供横向及竖向约束，因为滑动支座释放是沿着连廊方向位移而进行，位移则是取自两侧主体结构极为罕见的地震作用力下所出现的弹塑性最大位移控制。并且，用于支撑主体结构的连廊支座牛腿及柱都是非常关键的结构构件，实际施工时应予以重视，有效防止出现罕见地震时在地震作用力下出现破坏。

四、高层建筑屋顶主楼的加强方案

为了加强整个高层建筑主楼设计效果，在连廊设计中设置过程中削弱了塔楼，墙体由于洞口的增加和上下错位，最终使得相应楼层刚度有了一定的削弱，因此在连廊设计中，要将相邻的楼层对其局部顶板进行加厚处理，并且要配筋改为双向双片拉通。在17层~20层之间的内外墙体局部要加厚，并且要加设暗柱进行上下贯通，增加横截面，同时加强配筋，并且按照竖向抗侧力构件不连续进行全面设计，传递给水平转换构件的地震内力分别对其乘以1.25~1.5的增大系数。其目的是对板楼的顶层板以及边跨的墙体增强构造方案，确保整个高层建筑物的整体性和稳定性。

五、结语

为了提高高层建筑屋顶钢板结构连廊设计效果，增强了高层建筑屋顶钢结构连廊设计的实效性和针对性，最终结合主楼的加强措施提出了方案，确保整个结构增强其稳定性和安全性，在满足支座连接节点设计合理及位移定位准确等几大方面，提出了科学、可行的设计方案，提升连廊设计的实用性方案，满足建筑要求，为业主提供了更舒适、更得体的建筑设计。总之，高层建筑屋顶钢结构连廊设计的应用有助于推动整个高层建筑的不断发展和创新。

参考文献：

[1]严洪涛，高雷雷，张磊.带钢结构连廊的不规则钢筋混凝土高层建筑振动台试验研究[J].建筑监督检测与造价，2014（21）.

[2]马波涛，陈伟军，张敏.地震作用下非对称连体建筑结构的动力响应分析[J].中国医院建筑与装备，2015（18）.

[3]姚江强，陈佳伟，郑益民.地震作用下高层柔性连接连体结构碰撞反应分析[J].北方工业大学，2013（12）.

[4]李大伟，贾连奎，杨国海.连接体位置变化对连体结构抗震性能的影响和弱连接连体结构的简化计算[J].西安建筑科技大学，2015（26）.

[5]姜宇哲，王铮，刘辉.高层双塔楼建筑型钢混凝土组合结构施工技术[J].中国建筑设计研究院，2015（10）.

[6]刘振华，方翔，李岑.多层钢结构连廊整体提升施工的模拟研究[J].建筑结构设计，2014（11）.