高层建筑屋顶钢结构连廊设计.pdf

高层建筑屋顶钢结构连廊设计 施宇张俏张国庆 北京市建筑醍计研究院7 S 1 工作室1 0 。0 4 5 摘要高屠建筑的连雕结构成为建筑常见的手法。空中涟摩及其与主体的连接 成为结构设计的关键。连接方式可为剐性或粱性，而柔健连接的支座更成为设计 的难点。本文介绍的“漳柱轴承支座”可供结构设计参考。 关键字连体建筑连廊滚拄轴承支座 T h ed e s i g no fs t e e lc o n n e c t i n gc o r r i d o rb e t w e e nt a l lb u i l d i n g s S h iY u Z h a n gQ i a nZ h a n gG u oQ i n g B E U I N GI N S T I T U T EO F A R C ⅢT E T U R A LD E S I G N 1 0 0 0 4 5 A b s t r a c tT h es n u c №o fc o n n e c t e db u i l d i n g si su s e da sC O Y R U I O nt a c t i cM o r e a n dm o r ec o n n e c t i n gc o r r i d o ri sd e s i g n e d ，w h i c hh a sb r o u g h tn e wc h a l l e n g e st ot h e s t r u c t u r a ld e s i g nC o r r i d o ra n dt h el i n k i n gw i t ht h em a i ns t r u c t u r ei st h ec o r eT h e r e a r e n 百dc o u p l i n go rf l e x i b l ec o u p l i n ga n dd e s i g n i n gt h es u p p o r to ft h e f l e x i b l e c o u p l i n gi st h ec l i f f , c u R i e s I nt h i sp a p e r ，”R o l l e rB e a r i n gs u p p o r t ’i sb r o u g h tu pa sa n e w w a y o f d e s i g n K e y w o r d S i a m e s ef l e x i b l eb u i l d i n g c o n n e c t i n gc o r r i d o r R o l l e rB e a r i n g s s u p p o r t 1 工程概况 福州市元洪锦江二区住宅工程由四栋2 7 ～3 0 层塔楼及一栋1 7 层 扳楼组成。现浇混凝士框支剪力墙结构，建筑面积1 17 万m 2 ，抗震 设防7 度，两类建筑，场地I I 类。在扳式高层屋顶与塔楼上部高度 5 5 m 处设有连廊，如图l 所示。 ◆一 图1 一高层建筑的连廊 2 连廊的结构方案’ 全钢结构连廊与主楼的连接方式可为刚接、铰接和滑动连接三 种。本工程连廊高3 ．7 ～5 m ，跨度1 6 ．5 m ，距地5 5 m ，为一层高的连 廊结构，分为上下两层梁板体系。使用功能为用户的一个公共休闲场 所。一端与主楼屋顶相连，一端伸入主楼。曾设想在外墙上设置劲性 混凝土柱牛腿支撑钢结构桁架，支座采用刚性连接并加设阻尼减震装 置。此方案由于连接薄弱，难以保证必要的刚性，两侧高楼在罕遇地 震作用下相对变形很大，节点连接的可靠性难以保证，对连廊及结构 主体造成安全隐患且抗震构造复杂，施工不安全，造价较高。 为满足建筑立面简洁及连廊的通透感，结构性能方案调整。连廊 采用上下两层双槽钢[ ] 4 0 的密肋钢梁，间距1 ．2 “ - - - - 1 ．3 m 。地面为5 0 m m 厚压型钢板上现浇8 0 m m 厚钢筋混凝土面层。在塔楼一侧将6 根密肋 钢梁伸入楼中锚固，在板楼一侧屋顶则采用滚柱轴承支座。此方案的 特点是能够适应地震作用下结构的大幅度位移，构造简洁，连接可靠， 并保证了建筑立面要求。由于一端采取了完全滑动支座，可使连廊设 计高于“中震弹性”的要求，完全满足“大震不倒”的要求。同时减 少了施工的高空操作，保证了吊装安全。 3 抗震及抗风验算 架空连廊作为主楼之间的联系构件，地震时会产生较大的地震反 应，其与主体的连接成为关键。如采用刚性连接，则在地震作用下应 满足抗震设防三水准的要求；而采用柔性连接，则应使用耗能装置。 本工程采用一端刚接，一端滑动的方案，并进行了必要的验算。当然， 2 7 4 对于特别复杂的架空连廊，还须做风洞试验。 依据“大震不倒，中震可修”的原则，按罕遇地震进行变形及节 点设计。设计应保证连廊在罕遇地震下不至坍垮。在与2 7 层塔楼处， 连接6 根密肋钢梁[ ] 4 0 伸入楼中一跨4 ．9 m ，端头与工字钢1 4 5 用 连接钢板焊接及高强螺栓连接，并通过压型钢板及混凝土面层，与塔 楼形成整体。在板楼的顶层设置滚柱轴承支座实现自由滑动。7 图2 连廊立面图 连廊按上下两个构件计算。构件一端固定一端滑动，用P M P K E P D A 层模型弹塑性动力时程分析 算得两楼在罕遇地震下的相向 位移1 2 1 ．9 m m 选用T A F T - 2 波 。由此相对位移反推构件在罕遇地震 下所受内力，从而验算构件强度，支座连接及变形。如果按照塑性分 析，根据新抗震规范中结构在罕遇地震作用下层间塑性位移角限制 1 ／1 0 0 ，两楼相对的位移 纵向及横向 均为1 1 0 7 r a m 按照下榀高度 5 5 ．3 5 米算，取大震下的极限情况 ，滑动支座处钢梁伸入板楼楼顶 2 ．5 m ，满足了纵向位移要求，即大震下的极限情况，纵向的极限位移 2 7 5 为1 1 0 7 m m ，此时滑动端与板楼屋顶结构构件的弱连接被破坏，从而 与主体完全脱开，实现真正意义上的滑动，而可滑动的长度为2 ．5 m ， 使连廊不致垮塌。横向则根据此位移反推出构件的内力 考虑板楼一 侧完全滑动无侧限支座的卸荷作用对此位移下的内力进行适当的折 减 ，进行节点设计，包括钢梁、节点、螺栓、栓钉、焊缝及混凝土 节点部分的验算，计算时采用材料标准强度。上榀极限位移为1 1 6 7 m m 高度为5 8 ．3 5 m ，计算方法同上。计算结果满足了上述要求 计算 ／ ‘ 简图详图3 。 图3 一计算简图 自重按3 ．5 斟／m 2 计算，风荷载标准值为0 ．7 0 k N ／m 2 ，正常使用下 风力起控制作用，对风荷载作用下的构件进行了相应验算。 4 构造措施 2 7 6 4 ．1 采用滚柱轴承支座，上榀由于垂直荷载小采用弧形支座，上 铺聚四氟板。根据机械设计规范选定N V 2 1 3 0 型轴承支座，已经顺利 实施 图4 、图5 ，并做了局部修改。 滚柱轴承支座 滚柱轴承支座与楼板交接处做法 图4 一支座详图 图5 一支座立面图 4 ．2 钢梁伸入塔楼一跨 6 ．5 米 ，其固定端与工字钢1 4 5 通过角 钢以焊接及高强螺栓连接。工字钢固定在墙体的牛腿上，通过埋件连 接。并通过构造埋件拉筋与结构墙体楼板等用现浇混凝土连接成为一 体，实现真正意义上的刚接 图6 。 _ L e g ．C ／／Y - - 8 M 3 0～芦。工刖叭 空14 ．一10 0 L | 一＼、、、一 、。一 后浇硷 1 5 015 017 5 ≥罐土 互百 r _ 8 f 。 _ 昌 o o e 一 一| 4 M 3 2 一1{ 肄十 旦百 、 互呈 ’’一 l ／ L 5 0 0 x 4 0 10 。5 [ 7 1 - 0 c o I B 卜∥／ 7 5 5 l 1 ‘n1 ．，、。l 昌 I 1111 ＼● 。 3 5 0 L ． ＼。 、 。j ∥ 一 1 o ’ ‘ o 寸 、 ／∥ 。4 0 0lV 图6 一钢梁一端刚接节点 4 ．3 为了加强整体性，密肋钢梁间每2 m 加设一工字钢1 1 0 作横向 支撑。在滑动支座部分加密间距为O ．5 m 。 4 ．4 风力产生的向上位移，在下榀滑动支座梁上加设工字钢1 1 0 扣住双槽钢，并留有一定的间隙，起到约束的作用。而上榀梁则是在 弧形支座上加置钢梁穿越的空心钢板，孔的四周及钢板两侧填充橡 胶，既保证钢梁的自由滑动，又I j a N 7 “ 竖向变形 图7 2 - 5 0 0 x12 图7 一限制钢梁向上移动的构造 4 ．5 为支撑上榀密肋钢梁，在板楼主体结构上加设4 根劲性混凝 土柱。截面为6 0 0 x 6 0 0 m m ，内设两根组合工字钢1 5 0 ，下插一层高度， 与墙体连成一体。相应墙体楼板构造加强。 4 ．6 在钢梁伸入外墙处留洞，洞口与钢梁侧有5 0 m m 间隙，隙中 填充橡胶密实，使钢梁有一定的变形能力。 4 ．7 为减少风压，在上榀的叠合层上加设8 个2 4 0 0 x 4 5 0 m m 的洞 口，在悬挑端加设了一个直径为2 2 0 0 m m 的圆孔。 4 ．8 建筑为了立面需要j 在下榀梁下部加设构造支撑。 5 主楼的加强措施 连廊的设置削弱了塔楼，墙体因洞口的增加和上下错位，导致相 应楼层刚度削弱。为此设计时将相邻的1 6 ，1 7 ，1 9 ，2 0 层局部顶板加厚 2 7 9 茸旦 至2 0 0 m m ，配筋改为1 6 ．1 5 0 x y ．r 甸双片拉通。1 7 2 0 层内外墙体局 部加厚至3 0 0 m m ，加设暗柱上下贯通，并加大截面、加强配筋。相 应层的连梁也加强了配筋。计算时按竖向抗侧力构件不连续考虑，传 递给水平转换构件的地震内力乘以1 ．2 5 ．1 ．5 的增大系数。对板楼的顶 层板和边跨的墙体也相应地加强了构造措施。 1 6 结语 ＼作为连廊结构形式的一种，工程已经施工验收完成，效果良好。 该工程的设计对同类的工程具有一定的参考价值。 参考文献 【1 ] 程懋垄等．高层建筑结构构造瞰] ．北京中国建筑工业出版社，2 0 0 5 【2 】徐培福等．复杂高层建筑结构设计瞰】．北京中国建筑工业出版社，2 0 0 5 [ 3 】北京市建筑设计技术细则 结构专业 i s ] ．北京市建筑设计标准化办公室， 2 0 0 4 ． 施宇 S h iY u 工作单位北京市建筑设计研究院7 S 1 工作室，高级工程师 联系方式北京市西城区南礼士路6 2 D 座3 0 6 ，1 0 0 0 4 5 ， c a r v i n s i n a ．c o m ，电话8 8 0 4 3 7 1 0 ，1 3 0 2 1 1 1 2 1 6 7