高层低位连体复杂结构抗震设计探析

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［摘要］整个建筑联合体共同组成ㄈ型平面，包含杂技馆、群艺馆、妇儿及青少年活动中心和群艺工作室等四个结构单体。主塔结构体系采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构。各单体均存在一定程度的不规则性。四个主塔之间的连接体分别为钢结构连廊、钢结构屋盖、玻璃幕墙及铝合金幕墙，连接体与主塔之间通过采用橡胶隔震支座及铅芯橡胶隔震支座形成柔性连接，有效隔离各个塔楼的地震响应，使得各个单体结构之间不产生相互作用和影响。本文重点阐述了如何通过设置隔震支座简化复杂连体结构的设计思路和方法。

［关键词］连体结构；柔性连接；隔震支座

1工程概况

本项目总建筑面积约13.4万m2，其中地上建筑面积约6.5万m2，由杂技馆、群艺馆、妇儿及青少年活动中心和群艺工作室等四个单体组成[1]，建筑实景照片见图1。各单体均采用框架-剪力墙结构体系，结构高度为23.5~35m，层数为5~7层，单体间由钢结构连廊、钢结构屋盖、玻璃幕墙及铝合金幕墙连接，形成ㄈ型平面，具体见图2。杂技馆共1399座属于大型剧场，剧场由2层混凝土看台和7层附属用房组成，平面形状为不规则椭圆形，长轴为81m，短轴为58m，建筑总高度为23.5~29.5m为坡屋面，屋盖采用钢结构管桁架，跨度为9~50m。群艺馆最大长度为78m，最大宽度为59m，建筑高度26.8m，地上5层。杂技馆及群艺馆之间设置钢结构连廊（群艺馆排练厅），支座底标高为10.20m，最大跨度为61.2m，宽度为10~30m，桁架高度11.5~15m（属于大跨度低位连接体）。妇儿青少年活动中心最大长度为81.4m，最大宽度为82m，建筑高度为32.1~35m为坡屋面，地上6层。群艺馆工作室长为86m，最大宽度为39m，建筑高度32.4~27.65m为坡屋面，地上5层。群艺馆与妇儿青少年活动中心之间2~5层设置一钢廊桥，跨度9m，宽4m；妇儿青少年活动中心与群艺馆工作室之间3~4层设置一钢廊桥，跨度14m，宽4m；群艺馆、妇儿青少年活动中心及群艺馆工作室的共享大厅由钢结构屋盖、玻璃幕墙及铝合金幕墙连接组成。由于四个单体结构的高度、体型、平面布置及刚度差异很大，主轴方向震动周期显著不同，各个结构单体均存在扭转不规则、楼板不连续或少量剪力墙转换，详见表1，组合平面均无对称轴，连体结构形成细腰，布置形式复杂。若连接体与主塔之间采用强连接，组合后的结构体系属于特别不规则的复杂连体超限高层建筑[2-4]，大大增加了结构设计的难度及结构的复杂性，为调整结构刚度及变形达到均衡必会大幅增加工程造价；若在承托玻璃幕墙的结构单体间设置防震缝，缝两侧需增设混凝土墙柱，会形成局部平面不规则的单跨单榀框架，为实现刚度、变形及扭转的协调，局部出现大截面尺寸墙柱，严重影响大堂内效果，建筑使用面积减少，工程及装饰成本增加，因此上述方案未采用。所以本工程通过设置隔震支座的方式构成柔性连接，在地震作用下，不会因为连体结构的存在，而使各个主体结构之间产生相互作用、互相影响，巧妙解决了平面及刚度特别不规则联合体结构的设计难度，抗震不超限，节省材料及工期，良好实现建筑空间效果。本项目抗震设防烈度7度（0.15g），场地类别Ⅱ类，设计地震分组第Ⅱ组，抗震设防类别重点设防。

2连接体隔震支座选型

橡胶隔震支座能承受水平力和竖向力，具有优越的隔震性能，橡胶能提供变形及水平恢复力，能释放温度作用、风作用及地震产生的内力。铅芯橡胶隔震支座除具有橡胶隔震支座上述性能外，还具有优越的阻尼耗能性能。如图2、3所示，本项目钢结构连廊均采用铅芯橡胶隔震支座，钢廊桥及屋面网架均采用橡胶隔震支座，玻璃幕墙一端采用固定铰支座，另一端采用铅芯橡胶隔震支座。橡胶隔震支座和铅芯橡胶隔震支座具体技术参数见表2、表3。

3主塔结构分析及措施

连接体结构与主体结构采用滑动连接，支座滑移量应满足两个方向在罕遇地震作用下的位移要求，并采取防坠落、防撞击措施。罕遇地震作用下的位移要求采用时程分析方法进行计算复核[4]。关键构件进行了抗震性能化设计，连接体支承部位的框架柱性能目标满足中震承载力弹性、大震受剪承载力不屈服，对连接体支座反力与滑移量进行了分析。为控制整体结构罕遇地震下的变形和位移，增加结构的整体刚度，因此未采用框架结构体系，而是采用了刚度更好的框架-剪力墙结构体系；同时为减小承托钢连廊和钢廊桥隔震支座的框架柱的变形和位移，在相应框架柱柱间设置剪力墙，并在大跨度钢连廊桁架隔震支座对应的框柱内设置型钢，同时加大连体对应的各层楼板厚度，隔震支座处的框架柱抗震等级提高一级。采用YJK程序，对杂技馆、群艺馆、妇儿及青少年活动中心和群艺工作室各单体进行了多遇地震下的整体弹性分析，并采用大震等效弹性方法进行了大震下弹性位移的验算，计算结果详见表4、表5。由于支座点数较多，仅列出杂技馆侧3个具有代表性的支座点在多遇地震及罕遇地震下的位移值，见表6。由以上计算结果可见，结构在多遇地震和罕遇地震作用下，结构整体及隔震支座的各个节点的位移，均小于隔震支座的极限位移，具有良好的安全储备，故所选择隔震支座满足小震下和大震下的变形要求。

4结论

低位连体结构采用柔性连接，连接体对塔楼的抗震性能影响较小。可实现此类复杂连体结构的简化。安全起见，仍需对隔震支座进行变形限位设计，对连接体支承部位的框架柱进行性能化设计，并对结构体系及承托隔震支座的相关构件采取加强措施。

参考文献

[1]贾君,崔志刚,高广臣,等.郑州市民活动中心A区连体结构抗震设计[J].建筑结构,2018,48(12):40-44.

[2]超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点:建质〔2015〕67号[S].北京:中华人民共和国住房和城乡建设部,2015.

[3]建筑抗震设计规范:GB50011—2010[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[4]高层建筑混凝土结构技术规程:JGJ3—2010[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

作者:贾君 张小冬 高磊 崔志刚 刘志周 单位:哈尔滨工业大学建筑设计研究院