淺談復雜連體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計

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【摘要】復雜連體結(jié)構(gòu)從抗震的角度是一種抗震性能差的結(jié)構(gòu)形式，因此要采取特別的措施進行加強設(shè)計。論文首先闡述了高層連體結(jié)構(gòu)的特點及高層連體結(jié)構(gòu)的震害情況，探索復雜連體結(jié)構(gòu)建筑抗震設(shè)計建議，達到使復雜連體結(jié)構(gòu)設(shè)計日臻完善的目的。

　　【關(guān)鍵詞】復雜連體結(jié)構(gòu)；抗震；設(shè)計 　　 　　高層建筑連體結(jié)構(gòu)是近十幾年來發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)形式，所謂連體結(jié)構(gòu)是指兩個塔樓或多個塔樓由設(shè)置在一定高度處的連接體(又稱連廊)相連而組成的建筑物。在地震作用下由于連接體的存在使得由原來獨立發(fā)生振動的塔樓要相互作用、相互影響，在地震作用下的反應(yīng)遠比單塔結(jié)構(gòu)和無連接體的多塔結(jié)構(gòu)受力復雜，會出現(xiàn)較強的禍聯(lián)震動、扭轉(zhuǎn)加大等現(xiàn)象，其結(jié)構(gòu)的抗震性能也不如單體結(jié)構(gòu)，因此連接體的設(shè)置改變了結(jié)構(gòu)的動力特性。高層連體結(jié)構(gòu)的特點主要有以下幾點：對稱性、扭轉(zhuǎn)效應(yīng)、連體兩端的連接處理方式重點考慮滑動支座的做法，限復位裝置的構(gòu)造，并應(yīng)提供滑動支座的預計滑移量。當采用阻尼器作為限復位裝置時，也可歸為弱連接方式。強化結(jié)構(gòu)的抗震安全目標并提高結(jié)構(gòu)的抗震功能要求，已經(jīng)成為工程抗震領(lǐng)域亟待解決的課題。 　　1 工程概況 　　本工程位于成都繁華商業(yè)地段，地理位置十分重要，城市景觀的要求很高，建筑的使用功能也要求多元化，房屋的下部三層為商城，其上有21層的塔樓，工程總建筑面積約30000平方米，24層，總高度83米，為多功能的寫字間，塔樓的頂上三層為觀光連廊，因此形成了大底盤雙塔的連體建筑結(jié)構(gòu)。自然條件和設(shè)計依據(jù)：1）基本風壓：035N/km2；2）抗震設(shè)防烈度：7度，設(shè)計基本地震加速度為0.109，設(shè)計地震分組為第一；3）建筑抗震設(shè)防類別：丙類；4）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震等級：剪力墻二級，框架二級。與連接體相連的部分的梁柱構(gòu)件為一級。 　　2 結(jié)構(gòu)方案的確定 　　2.1 結(jié)構(gòu)方案的確定。高層建筑的抗震設(shè)計首先應(yīng)該注重的是概念設(shè)計。一般應(yīng)掌握以下原則:根據(jù)結(jié)構(gòu)的層數(shù)、房屋的高度、抗震設(shè)防要求、施工技術(shù)、材料等條件來選擇合理的結(jié)構(gòu)形式；對抗震結(jié)構(gòu)要盡可能的設(shè)置多道防線，采用具有聯(lián)肢墻、壁式框架的剪力墻結(jié)構(gòu)、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、框架—核心筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)等多重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系;結(jié)構(gòu)的承載力、變形能力和側(cè)向剛度要均勻連續(xù)變化，以適應(yīng)地震反應(yīng)的要求，結(jié)構(gòu)的平面布置要力求簡單、規(guī)則、對稱，要避免應(yīng)力集中的凹角和狹長的縮頸部;構(gòu)件的設(shè)計要采取有效的措施防止脆性破壞，保證結(jié)構(gòu)有足夠的延性。要減輕結(jié)構(gòu)的自重，降低結(jié)構(gòu)的地震作用。 　　2.2 本工程從平面形狀來看，平面狹長的形狀，屬于抗震不利平面，從豎向來看，底下三層為大底盤，其上有二棟21層的塔樓，在塔樓的頂上三層設(shè)有連接體，因此豎向剛度不均勻，形成豎向剛度二次突變，對抗震非常不利。本工程的難點就在于要在建筑方案己經(jīng)基本定性的原則下從結(jié)構(gòu)方面來采取措施，盡量滿足抗震的要求，盡可能的減輕地震的反應(yīng)。這些措施包括結(jié)構(gòu)體系的選擇，剪力墻的布置，連接體的選型等，下面分別闡述。 　　2.3 根據(jù)本工程結(jié)構(gòu)的層數(shù)、高度和使用功能要求，按照《高規(guī)》規(guī)定的房屋使用高度和高寬比要求，采用鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)比較適合?？蚣?mdash;剪力墻結(jié)構(gòu)是由框架和剪力墻共同組成的結(jié)構(gòu)體系，它既能為建筑提供較大的使用空間，又有較大的抗水平力剛度，適用于商場、辦公、住宅等，是一種抗震性能比較好的高層建筑結(jié)構(gòu)體系?？蚣?mdash;剪力墻的結(jié)構(gòu)布置應(yīng)設(shè)計成雙向的抗側(cè)力體系，剪力墻應(yīng)分散均勻地布置在建筑物的周邊、樓電梯間、平面形狀變化處及荷載較大的部位。剪力墻貫通建筑物的全高，并沿高度逐步減薄，避免剛度突變?？蚣?mdash;剪力墻結(jié)構(gòu)中，要有足夠的剪力墻的數(shù)量，應(yīng)當使剪力墻承擔大部分的水平作用產(chǎn)生的剪力，但是剪力墻的數(shù)量也不能過多，否則，結(jié)構(gòu)的剛度過大，引起的地震反應(yīng)加大，對結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計也不利，結(jié)構(gòu)設(shè)計也不經(jīng)濟。 　　2.4 連接體的結(jié)構(gòu)方案確定。連接體是連體結(jié)構(gòu)中一個重要的組成部分。從前面的分析表明，對對稱結(jié)構(gòu)而言，在對稱的水平力作用下，連接體的存在對結(jié)構(gòu)的受力性能影響很小，但對非對稱的連體結(jié)構(gòu)，連接體的存在對結(jié)構(gòu)的受力影響就很大，在實際施工完成的工程中是沒有絕對對稱結(jié)構(gòu)的，更沒有絕對對稱的水平力，即使是設(shè)計為對稱的結(jié)構(gòu)，在施工、材料和使用荷載上也可能不對稱，地震作用更是隨機的和多向勝的?，F(xiàn)行《高規(guī)》規(guī)定，對一般的結(jié)構(gòu)都要考慮結(jié)構(gòu)的偶然偏心。連接體在整個結(jié)構(gòu)中是兩個塔樓的變形協(xié)調(diào)部分，由于各塔樓的剛度不同，結(jié)構(gòu)的振動性能也不同，變形也不同，連接體的存在使得塔樓中側(cè)向剛度大的塔樓受力變小，而側(cè)向剛度小的塔樓受力變大。 　　3 結(jié)構(gòu)設(shè)計的加強措施 　　本工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本能滿足規(guī)范要求的“小震不壞，大震不倒”抗震設(shè)防標準。但是由于地震的不確定性和計算的近似性等原因，抗震設(shè)計更重要的是概念設(shè)計，即所謂“三分計算，七分構(gòu)造”，因此還應(yīng)當應(yīng)用工程經(jīng)驗和通過計算分析中發(fā)現(xiàn)的薄弱部位采取加強措施。 　　3.1 對塔樓的薄弱部位進行加強設(shè)計。與連接體相連的梁(并延伸一跨)和柱提高一級抗震等級，與連接體直接相連的柱用鋼骨混凝土柱，鋼骨柱從第十八層至頂層設(shè)置，控制這些柱的軸壓比。連接體的鋼梁伸入塔樓的第二跨，與剪力墻相連，沒有剪力墻的地方與柱相連，并加強連接體與框架柱和剪力墻的錨固，以免地震時連接體的拉脫，而引起連接體塌落。與連接體相連的第二跨的梁端加強抗剪和抗彎的設(shè)計；第4層、第7層、和第19層是薄弱層，柱箍筋全高加密、箍筋直徑加粗，剪力墻的水平鋼筋也適當加強。并且不在這些層改變混凝土強度等級；適當加強11、15、17、18層柱和墻的配筋，不在這些層改變混凝土強度等級；第三層和連接體層的鋼筋混凝土樓板用150mm厚，并且雙層雙向配筋。每層每一方向的配筋率不小于0.30%。 　　3.2 采用隔震加固法。結(jié)構(gòu)剛度和地震作用成正比。當結(jié)構(gòu)周期變大時，剛度隨之減小，進而降低了地震作用。目前工程實踐中，以增大周期為目的的加固技術(shù)方法多為隔震技術(shù)，其中最有代表性的就是鉛芯橡膠隔震。該方法充分利用了橡膠、鉛芯兩種材料阻尼值相對較高、水平變形比較大，且能大量吸收并散耗地震動能量的特點，將鉛芯橡膠隔震布置在地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間，使二者完全脫開。地震中，隔震墊產(chǎn)生較大的水平變形，吸收并消耗大量的能量，增加上部結(jié)構(gòu)的周期，使得上部結(jié)構(gòu)的地面水平加速度大幅降低，實現(xiàn)減小上部結(jié)構(gòu)地震力的目的。 　　3.3 消能減震加固法。在工程抗震原理中，結(jié)構(gòu)阻尼與地震作用為反比關(guān)系。在工程實踐中，增加結(jié)構(gòu)阻尼主要通過在結(jié)構(gòu)變形較大的部位設(shè)置阻尼器的消能減震方法來實現(xiàn)。利用阻尼器來控制結(jié)構(gòu)在地震作用下的預期變形，通過降低建筑結(jié)構(gòu)在水平、豎直兩個方向的地震作用，確保建筑物在罕遇地震作用下不出現(xiàn)嚴重的破壞。 　　3.4 外加構(gòu)件法。通過在原建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件外部增設(shè)構(gòu)件，加強結(jié)構(gòu)抗震承載力、變形能力和整體性的方法稱為增設(shè)構(gòu)件法。該方法可以對建筑物中承載力和變形能力不足的構(gòu)件進行加強，但使用該方法進行構(gòu)件的加固設(shè)計時，需重點關(guān)注新增加的構(gòu)件對加固后結(jié)構(gòu)整體抗震性能的影響。常用的技術(shù)方案有增設(shè)構(gòu)造柱/圈梁加固、增設(shè)墻體加固、增設(shè)柱子加固、增設(shè)拉桿加固、增設(shè)支托加固、增設(shè)支撐加固和增設(shè)門窗加固等。 　　4 結(jié)語 　　高層連體結(jié)構(gòu)是一種復雜的結(jié)構(gòu)體系，本文以實際工程為背景，對復雜高層連體結(jié)構(gòu)這一新型結(jié)構(gòu)體系進行了抗震設(shè)計和研究，加強連接體以及與連接體相連的構(gòu)件的構(gòu)造設(shè)計，一般情況下，連接體與主體的連接要用剛性連接?？缍却髸r，可采用鋼析架，以便減輕結(jié)構(gòu)自重和方便施工。 　　參考文獻： 　　[1]徐培福.復雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].第一版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005 　　[2]徐培福，肖從真，王翠坤.架空連廊的震害及設(shè)計建議[J].建筑結(jié)構(gòu)，2004(1)，第3卷第1期:51～52 　　[3]劉晶波等.大跨高層連接體建筑結(jié)構(gòu)動力分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學報.2004(2)，第25卷第l期:45～52.