大跨度连廊设计高层建筑.doc

大跨度连廊设计高层建筑1引言随着国民经济的发展我国的高层公共建筑迅猛发展同时功能日趋复杂化、多样化各种商业、体育、科研办公等建筑上的空中连廊结构越来越多连廊以其活泼、美观、灵活组织交通的特点日益受到建筑师的青睐成了城市中钢筋水泥森林里的一道道亮丽的风景线为城市增添风采。笔者以实际设计工作中的一个典型大跨度钢结构连廊设计为例谈点高层建筑大跨度钢结构连廊的设计体会。2工程概况该项目位于北京市昌平未来科技城北部研发园区规划总建筑面积25.4×104m2其中办公+科研主体建筑为9层由2组相对的弧形现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构组合前弧形为办公楼；与其相对的后弧形为科研楼组合平面如图1所示。科研楼分为A、B两栋楼两栋楼在1层和9层连为一体在6层设有钢结构空中封闭式连廊连廊两端与A、B两栋楼分别连接连廊跨度36m宽8.3m是比较典型的大跨度连廊连廊采用的是钢桁架结构形式下面针对该连廊的设计要点详细阐述大跨度钢结构连廊的设计。3连廊结构选型大跨度连廊结构选型首推钢桁架连廊的特点跨度大而宽度小多处于高层建筑间的高处钢连廊一般均为封闭式所以桁架采用两片主桁架使桁架高度可完全利用连廊高度且不影响建筑的美观。一般桁架有下面两种基本形式第一种弦杆+斜腹杆+竖腹杆结构合理简洁明快斜腹杆角度45°最佳（见图2）；第二种弦杆+竖腹杆+钢拉杆（斜杆）是为了在一定条件下最大限度满足建筑立面采用幕墙装饰时的形式竖腹杆间距与玻璃幕墙板块宽度成倍数关系如图3所示。桁架弦杆一般采用是H型截面腹杆可采用H型截面或是箱型截面。本项目的钢连廊采用的是第一种结构形式。图2弦杆+斜腹杆+竖腹杆图3弦杆+竖腹杆+钢拉杆4连廊结构设计特点大跨度钢连廊结构具有一系列不同于普通结构的特点结构设计计算中需特殊考虑以下几方面。4.1扭转效应与其他的体型结构相比连廊结构的扭转振动变形比较大这使得该结构形式的扭转效应非常明显设计中必须特别给予注意。通常情况下在风荷载或是地震荷载作用下结构本身除了会产生出一定平动变形之外也会产生出扭转变形而扭转效应则会随着连廊两侧的主体结构不对称性的增加而进一步增大即便是如本项目的两侧对称的连廊结构连廊楼板发生变形后也有可能引起连廊两侧2个主体结构的相向运动此时这种振动形态也会随之变得更加复杂相应的扭转效应就会更加明显。4.2竖向地震力效应在带有连廊的建筑结构当中连廊之所以是较为重要的部位之一是因为它的受力也相对比较复杂。因为连廊部分不但要协调两端结构主体的变形从而在水平荷载的作用下需要承受较大的内应力同时对于大跨度连廊除了会受到竖向荷载的作用之外竖向地震作用对连廊结构的影响将十分明显。为了确保结构的安全性设计时应当充分考虑竖向地震作用的影响这一点在实际设计过程中必须予以特别关注。4.3连廊两端结构的连接方式连廊结构与两端主体结构的支座连接是整个结构设计中最关键的环节若处理不当会使结构的整体安全性受到严重影响。连接处理方式通常都是按照建筑方案与实际布置情况进行确定的主要包括：刚性连接、柔性连接、铰接连接以及滑动连接等。由于每一种连接方式的处理方法均不相同所以都需要进行详细的分析和设计确保结构的整体稳定性。5连廊设计该连廊跨度为36m总宽度8.3m总高度为4.5m距离地面36.8m。楼面恒荷：4.0kN/m2屋面恒荷：6.0kN/m2楼面活载：3.0kN/m2屋面活载：2.0kN/m2。抗震设防烈度：8度（0.20g）设计地震分组为第一组特征周期0.45s连廊钢结构设计考虑竖向地震作用及温度应力作用温度参数采用合拢温度：（15±5）℃升温30℃降温30℃；连廊屋面钢梁和楼面钢梁均采用热轧H型钢。计算采用SAP2000程序计算计算模型采用空间三维实尺模型；杆件选用2个节点6个自由度的frame单元该单元可以考虑拉（压）、弯、剪、扭4种内力的共同作用。图4所示为结构的计算模型轴测图。通过验算整个结构所有的杆件应力比均低于1.0满足强度设计和规范要求。6连廊端部节点设计通常情况下连廊端头节点设计在温度变化、风荷载以及地震力的作用下连廊两端的结构会发生水平位移。为了确保该连廊两端结构主体能够相互独立的产生水平位移又相互之间不彼此影响连廊采用一端铰接连接另一端滑动连接[1]。两端支座均能提供横向和竖向的约束由滑动支座释放顺连廊方向的位移位移取两侧主体结构罕遇地震作用下的弹塑性最大相对位移控制[2]。根据抗震验算两侧结构的弹塑性最大相对位移为142mm故该连廊滑动支座设计参数为：最大竖向支撑力1500kN150mm的顺廊向位移同时还可提供最大弧度为0.02rad的转向位移。7楼板舒适度设计本工程的连廊结构在设计过程中不仅需要对结构的刚度和强度进行有效控制还需要对振动舒适度进行分析。《城市人行天桥与人行地道技术规范》（GJJ69—95）[3]中规定要求天桥上部结构的竖向自振频率不