钢结构连廊滑动支座设计探讨.doc

钢结构连廊滑动支座设计探讨
作者：林雪军

　　摘要：本文通过一工程实例，分析了地震灾害中连廊破坏的主要原因，从连廊与主体结构几种连接方式中探讨连廊与主体结构的优选连接方案。对滑动连接方案进行了分析计算，并提出了相关设计要点。　
关键词：连廊；节点；滑动支座；
一、 引言
随着建筑业的蓬勃发展，我们注意到越来越多的多层及高层建筑被广泛应用于各类商业建筑中。建筑造型日新月异，双塔甚至多塔结构形式越来越普遍，各塔之间为了交通方便和立面造型的美观，常常采用连廊将多座塔楼联系在一起。
建筑物之间通过连廊连接，形成了多塔连体结构体系。由于结构各部分的动力特性不同，刚度和质量也下样，在地震作用下，被连接的两栋主体结构会由于连廊的存在而相互影响出现耦连现象，使连接部位的应力变得非常复杂。连廊结构也在地震作用下极易与主体结构脱离，产生整体倒塌现象。围内外的地震灾害现象均证实了这一点。
因此，连廊结构的设计是结构工程师的一个难题，目前这种结构体系的研究还不够成热，我国的抗震设计规范封设连廊的复杂体型建筑的设计也还缺乏充分的技术指引。
分析震害中连廊整体倒塌的原因，大部分是由于连廊连接节点破坏或连廊位移过大造成的。因此，连廊与土体连接处的设计和处理，是连廊结构的关键。本文从连廊与主体结构几种连接方式中的一种关键方式着手，结合一工程实例，对其进行理论分析和探讨。
二、连廊的几种连接方式
1.刚性连接
刚性连接是连廊与塔楼的连接方式中连接作用最强的一种。它加强了连廊与塔楼之间以及不同塔楼之间的联系，增强了连廊结构的整体工作性，这是它最大的优点。
采用刚性连接的连廊不仅要承受自身的恒载、活载，更主要的是协调不同的塔楼在水平、竖向荷载作用下的不均匀变形。这时，连廊与塔楼连接处的节点受力复杂，会产生较大的弯矩、剪力和轴力，并且上、下弦杆的轴力和弯矩还会构成很大的整体弯矩、剪力。这就要求连廊本身具有较高的强度和刚度，这样才更适合采用刚性连接。
刚性连接的支座处理一定要保证连廊能够协调塔楼间的变形，因此，要特别注意加强连廊与主体结构的连接。必要时连廊可延伸至主体结构内筒并与内筒可靠连接；如无法伸至内筒，也可在主体结构内沿连廊方向设置型钢混凝土梁与主体结构可靠锚固。连廊的楼板应与主体结构的楼板可靠连接并加强配筋构造。当与连廊相连的主体结构为钢筋混凝土结构时，竖向构件内宜设置型钢，型钢宜可靠锚入下部主体结构。
2.铰接连接
铰接连接放松了端部上、下弦杆的局部弯矩约束，减小了端部杆件的内力，使连接处的构造设计变得方便。但是，由于没有了端部的负弯矩，连廊跨中的正弯矩会有所增大，同时它也削弱了连廊对塔楼共同工作的协调作用。
3.滑动连接
当连廊本身的刚度较弱时，即使做成刚性连接，它也不能起到协调两塔楼变形的作用，这时应当考虑做成滑动连接的形式。滑动连接可以是连廊一端与塔楼铰接，一端滑动连接，也可以两端均做成滑动支座。采用这种连接方式，连廊的受力将会比较小，但是这时连廊已经不能再协调塔楼间的共同工作，塔楼和连廊均单独受力，整个连廊结构仅仅是形式上的“连廊结构”。因为滑动端在荷载作用下会有一定的滑移量，所以滑动支座在设计时有个重要问题就是要设限复位装置，并提供预计滑移量，防止连廊的滑落或与塔楼发生碰撞而造成结构的破坏。因此这种连接方式一般用于连廊位置较低、跨度较小的情况。
三、工程实例分析
1.工程概况
相城区御窑街二区A、B两楼之间和四区A、B两楼之间设置钢结构连廊将两栋建筑连接。该构架的结构设计使用年限为50年，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计分组为第一组。基本风压0.45kN/m2，基本雪压0.40kN/m2。所连接的基本情况如下：
连廊连接的单体编号
二区A、B楼之间
四区A、B楼之间
连廊连接的单体的结构类型
A、B楼均为框架结构
A、B楼均为框架结构
连廊连接钢结构构架的标高
4.450m、8.450m
4.450m、8.450m
2.连接方式选择
在风和地震荷载作用下，连廊两侧主体结构不能通过钢连廊协调整体变形。 决定采用柔性连接的连廊结构。连体结构采用一端橡胶支座一端铰接与两侧主体结构相连。同时，连廊部分对主体结构影响较小。
3.计算分析
连接体的支座采用柔性橡胶支座。该支座在6度多遇地震的作用下，计算其承载力和变形，并满足相关规范的要求。该支座在6度罕遇地震的作用下，支座要有足够的长度（或加限位）。以免连廊坠落。
4.支座设计
4.1钢梁支座对主体结构的集中力：根据PKPM-STS计算结果：Rg=139kN(二区).
4.2主体结构的位移：选用各层最大位移，是偏于安全的。
区号
楼号
节点最大位移
二区
A楼，3层处
9.82mm
二区
B楼，3层处
9.08mm
四区
A楼，3层处
8.91mm
四区
B楼，3层处
7.81mm
多遇地震下的支座可滑移量SH应满足A、B两楼之间的最大位移的矢量和,开长圆孔的尺寸应满足留13.4mm的位移 实际留15+15=30mm 满足要求。
4.3支座在罕遇地震下的基本参数：6度区罕遇地震的水平影响系数根据相关资料查的为0.27，是多遇地震0.04的6.75倍。据此，推算罕遇地震下的弹塑性位移应为多遇地震下的弹性位移的6.75x2=13.5倍，13.5SH=13.5*13.4=181mm。因此，要保证罕遇地震下，钢梁不会滑落牛腿预留的支撑距离应大于181mm。
四、设计要点总结
1.概念设计要点
1.1连廊结构材料选用原则
应选用高强、轻质、方便安装的材料，一般考虑钢结构。
1.2连接方案
连廊自身刚度较小，不足以协调与其连接两端的塔楼的变形，宜优先考虑滑动连接。
1.3滑动连接时节点设计原则
1.3.1自身足够的强度保证强风、小震下正常使用；
1.3.2足够的支座滑移量，保证支座能够协调两端主楼在大震时产生的位移；
1.3.3做好支座的限位设计，保证支座在协调主楼位移时，不会从任意一端的主楼上滑落，也不会与任意一端的主楼碰撞；
2.结构分析要点
2.1结构分析软件
采用成熟的结构设计软件，例如：SATWE等。
2.2计算模型
通过结构计算软件对计算模型的分析计算，得到连廊两端主楼在支座处各自的位移量。
2.3荷载取值
连廊区域须额外考虑施工和使用过程的各种荷载。
3.施工考虑要点
3.1大跨度预起拱
大跨度连廊应考虑一定量的预起拱措施，可根据计算挠度确定，一般可考虑L／1000。
3.2施工工况的考虑
钢结构连廊通常是先拼装好，整体吊装到位，因此必须考虑施工工况，例如吊装受力对安装的影响等。

参考文献
　　[1]GB50011-2010《建筑结构抗震设计规范》。
　　[2]GB50017-2003《钢结构设计规范》。
[3]GB50010-2010《混凝土结构设计规范》。
[4]JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》。

4