徐偉斌 周永明 張 尹 劉建飛

(浙江省建筑設(shè)計(jì)研究院,杭州 310006)

1 工程概況

寧波東部新城東片區(qū)B1-5地塊工程位于寧波市邱隘鎮(zhèn),項(xiàng)目由北區(qū)兩幢獨(dú)立的高層建筑(1#,2#樓)和南區(qū)一幢連體高層建筑(3#,4#樓)組成,3層及以下功能為商業(yè),3層以上功能為辦公。地下共3層,地下室埋深12.7 m?？偨ㄖ娣e18.6萬(wàn)m2。

3#,4#樓為連體結(jié)構(gòu),地上結(jié)構(gòu)總層數(shù)14層,1層、2層和3層層高分別為6.0 m、5.0 m和4.5 m,4～13層層高均為4.2 m,14層為4.55 m,結(jié)構(gòu)總高度62.3 m,兩塔樓平面呈160°夾角。1～3層通過(guò)中部裙房連成一體,4～12層分成兩個(gè)塔,13～14層通過(guò)二層連廊將兩個(gè)塔相連,連廊跨度約27 m,形成大底盤多塔連體結(jié)構(gòu)(屬立面大開洞類型),為多重復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)。裙房屋頂為綠化屋面,覆土厚度按0.3 m考慮。建筑效果圖見圖1。

建筑抗震設(shè)防烈度為6度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g,設(shè)計(jì)地震分組為第一組,場(chǎng)地土類別Ⅳ類,特征周期Ts=0.65 s,抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防;地面粗糙度B類,基本風(fēng)壓W0=0.5 kN/m2(n=50年),體形系數(shù)μs=1.4,并考慮風(fēng)力相互干擾的群體效應(yīng),其增大系數(shù)取1.15。

圖1 建筑效果圖Fig.1 Architecture perspective

地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí),采用泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁(樁端注漿),選取含黏性土圓礫作為樁端持力層。

2 結(jié)構(gòu)體系選擇與布置

2.1 結(jié)構(gòu)體系

依據(jù)建筑功能布置要求,主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系。兩塔樓的核心筒外墻從底層到頂層為450～350 mm厚,筒內(nèi)隔墻250～200 mm厚;框架柱典型尺寸為φ900 mm的鋼筋混凝土柱,連接連體桁架的框架柱為φ1 200 mm的型鋼混凝土柱,與該型鋼混凝土柱相鄰的核心筒角部設(shè)置型鋼柱。樓面采用現(xiàn)澆混凝土板,標(biāo)準(zhǔn)板厚為120 mm,連體范圍以及往兩側(cè)塔樓各延伸一跨范圍內(nèi)樓板厚為180 mm。框架柱混凝土等級(jí)C40,核心筒剪力墻混凝土等級(jí)C35,梁板混凝土等級(jí)均為C35,內(nèi)置型鋼均采用Q345B鋼。結(jié)構(gòu)平面圖和剖面圖見圖2、圖3。

2.2 連體結(jié)構(gòu)布置

連體結(jié)構(gòu)設(shè)置在13層和14層處,連體底部標(biāo)高為52.370 m。經(jīng)方案比選,決定采用轉(zhuǎn)換鋼桁架+鋼框架結(jié)構(gòu)體系(立面圖如圖4所示),第13層設(shè)置與樓層等高的轉(zhuǎn)換鋼桁架,桁架高度4.2 m,桁架上下弦桿通長(zhǎng),弦桿和腹桿采用鉸接的連接形式,第14層采用鋼框架結(jié)構(gòu),鋼柱落在下層桁架弦桿和豎腹桿的連接節(jié)點(diǎn)上,柱下端與桁架上弦采用剛性連接節(jié)點(diǎn),桁架上下弦和屋面鋼梁均與主樓的墻或柱剛性連接。與桁架上下弦相連的框架柱均設(shè)置型鋼混凝土柱,其內(nèi)置型鋼向下延伸兩層,向上延伸至屋面層。轉(zhuǎn)換桁架上下弦桿截面均采用箱形構(gòu)件700×500×48×48,斜腹桿采用600×400×34×34和400×400×18×18,豎腹桿采用400×400×18×18,上層的鋼框架柱采用450×450×30×30。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)層和連體層平面(單位:mm)Fig.2 Typical and connection floor plan (Unit:mm)

圖3 結(jié)構(gòu)剖面圖Fig.3 Structure section

圖4 連體桁架結(jié)構(gòu)立面圖(單位:mm)Fig.4 Transfer truss elevation (Unit:mm)

2.3 結(jié)構(gòu)超限情況

根據(jù)建質(zhì)[2010]109號(hào)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》,工程屬于超限高層建筑,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①扭轉(zhuǎn)不規(guī)則,扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2;②尺寸突變,3#樓西側(cè)在3～8層處外挑尺寸5～8 m;③豎向構(gòu)件不連續(xù),存在高位轉(zhuǎn)換構(gòu)件;④承載力突變,連體下層X向受剪承載力小于上層的80%。工程需進(jìn)行超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查。

2.4 采取的加強(qiáng)措施[1]

當(dāng)風(fēng)和地震作用下,結(jié)構(gòu)除產(chǎn)生平動(dòng)變形外還會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形,扭轉(zhuǎn)效應(yīng)隨兩塔的不對(duì)稱性的增加而加劇,連體結(jié)構(gòu)各獨(dú)立部分宜有相同或相近的體型,否則在地震中將出現(xiàn)復(fù)雜的X、Y、θ相互耦聯(lián)的震動(dòng),扭轉(zhuǎn)影響大,對(duì)抗震不利;本工程采用剛性連接,剛性連接體既要承受很大的豎向重力荷載和地震作用,又要在水平地震作用下協(xié)調(diào)兩側(cè)結(jié)構(gòu)的變形,因此要保證連體部分與兩側(cè)主體結(jié)構(gòu)的可靠連接;連體結(jié)構(gòu)自振振型較為復(fù)雜,抗扭轉(zhuǎn)性能較差,扭轉(zhuǎn)振型豐富,當(dāng)?shù)谝慌まD(zhuǎn)頻率與場(chǎng)地卓越頻率接近時(shí),容易引起較大的扭轉(zhuǎn)反應(yīng),易造成結(jié)構(gòu)破壞,因此連體結(jié)構(gòu)的連接體及與連接體相連的結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力復(fù)雜,易形成薄弱部位,抗震設(shè)計(jì)時(shí)須予以加強(qiáng),以提高其抗震承載力和延性。綜上所述,設(shè)計(jì)采取以下加強(qiáng)措施。

(1) 平面布置:在連體兩端塔樓高度相近的前提下,兩端塔樓盡量采用相近的體型、平面布置和剛度,通過(guò)調(diào)整核心筒和連體結(jié)構(gòu)的布置控制扭轉(zhuǎn)周期比。

(2) 剪力墻布置:與連體構(gòu)件相連的剪力墻端部?jī)?nèi)置型鋼柱,型鋼柱由連體層開始向下延伸二層,向上伸至墻頂;同時(shí)在連接體高度范圍及其上下層的剪力墻(抗震等級(jí)提高一級(jí))均設(shè)置約束邊緣構(gòu)件,適當(dāng)提高剪力墻分布筋配筋率和邊緣構(gòu)件縱向配筋率(嚴(yán)于規(guī)范),以提高薄弱部位剪力墻抗剪承載力及延性。

(3) 連體樓板加強(qiáng):連接體轉(zhuǎn)換桁架上下弦處樓板及上層屋面板均采用180 mm厚鋼筋混凝土組合樓板。桁架上下弦處樓板加厚范圍延伸至連體兩側(cè)各一跨范圍,此區(qū)域板筋均設(shè)置雙向拉通筋并適當(dāng)提高樓板配筋率,以承擔(dān)板內(nèi)出現(xiàn)的拉應(yīng)力,提高連接體樓板受剪承載力;同時(shí)計(jì)算桁架上下弦桿內(nèi)力和截面驗(yàn)算時(shí),按零樓板假定進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。

(4) 連體兩側(cè)構(gòu)件加強(qiáng):連體結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)采用剛性連接,共設(shè)置4榀轉(zhuǎn)換桁架,其中中間兩榀桁架上下弦型鋼各延伸至兩側(cè)主體的核心筒,并與筒內(nèi)預(yù)埋的型鋼可靠連接;兩榀邊桁架上下弦型鋼伸入主體結(jié)構(gòu)各一跨,并與型鋼混凝土柱可靠錨固;延伸跨均采用型鋼混凝土梁。為加強(qiáng)連體頂層的構(gòu)造設(shè)計(jì),連體結(jié)構(gòu)頂層延伸跨的樓面梁也采用型鋼混凝土梁,以承受連體對(duì)主樓結(jié)構(gòu)的軸向拉力作用;同時(shí)將連體相關(guān)部位的梁和與之相連的墻、柱抗震等級(jí)提高一級(jí),連接體高度范圍及其上下層的豎向構(gòu)件抗震等級(jí)均提高一級(jí)。

3 結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析

本工程連接體采用強(qiáng)連接方式,考慮到兩棟塔樓的整體協(xié)調(diào)受力和變形,需將兩棟塔樓作為一個(gè)整體進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),同時(shí)采取措施保證連接體與塔樓結(jié)構(gòu)整體協(xié)調(diào),共同受力,使其與主體結(jié)構(gòu)連成整體。

3.1 計(jì)算模型及主要參數(shù)

結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)為:支撐連體桁架的墻、柱構(gòu)件按抗剪中震彈性(范圍:平面內(nèi)延伸一跨,豎向連體以下兩層至屋頂),抗彎中震不屈服設(shè)計(jì);轉(zhuǎn)換桁架按中震彈性設(shè)計(jì)。

分別采用SATWE,MIDAS/Gen兩個(gè)結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行整體計(jì)算。進(jìn)行考慮偶然偏心的地震作用和雙向地震作用的最不利工況計(jì)算,連體結(jié)構(gòu)考慮豎向地震作用,阻尼比:SATWE統(tǒng)一按0.05考慮,MIDAS/Gen計(jì)算時(shí),混凝土部分按0.05,鋼結(jié)構(gòu)部分按0.025,周期折減系數(shù)取0.85,框架抗震等級(jí)三級(jí),核心筒抗震等級(jí)為二級(jí)。

3.2 反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果

(1) 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性詳見表1。由表中數(shù)據(jù)可知:兩個(gè)軟件電算結(jié)果的動(dòng)力特性表現(xiàn)基本接近,扭轉(zhuǎn)/平動(dòng)周期比均小于0.85,滿足規(guī)范要求,表明整體結(jié)構(gòu)抗扭剛度較好。

表1整體結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性

Table 1 Whole structure dynamic characteristic

注:括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)為各振型的X向、Y向平動(dòng)系數(shù)和扭轉(zhuǎn)系數(shù)。

(2) 雙塔連體模型采用剛性樓板假定下(連體處樓板采用彈性板假定),經(jīng)反應(yīng)譜法計(jì)算得到的位移響應(yīng)結(jié)果見表2。從表中結(jié)果可知:層間位移角、位移比及剪重比均滿足規(guī)范要求;在考慮偶然偏心的Y向地震力作用下扭轉(zhuǎn)位移比達(dá)到最大值1.28,最大水平位移在4#塔樓2層?xùn)|南角的角柱處,設(shè)計(jì)在4#塔樓1～3層?xùn)|南角外側(cè)柱間沿弱軸布置一道鋼筋混凝土斜撐(斜撐延伸至地下三層),以提高塔樓的抗扭剛度。

表2地震位移響應(yīng)計(jì)算結(jié)果

Table 2 Seismic displacement response results

3.3 彈性時(shí)程分析結(jié)果

對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震下的彈性時(shí)程分析,地震波選用一條人工波RH1TG065,兩條天然波TH1TG065和TH3TG065進(jìn)行時(shí)程分析,地震波持續(xù)時(shí)間不小于結(jié)構(gòu)基本自振周期的5倍,時(shí)程分析輸入的地震加速度最大值為18 cm/s2。由表3和圖5中可知:每條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)基底剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%,多條時(shí)程曲線計(jì)算的結(jié)構(gòu)基底剪力的平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%,兩個(gè)方向的層間位移角也均滿足規(guī)范要求。

3.4 靜力彈塑性時(shí)程分析結(jié)果

工程選用Midas/Gen程序進(jìn)行靜力彈塑性分析,經(jīng)計(jì)算,X向地震對(duì)應(yīng)的性能點(diǎn)最大層間位移角為 1/553,Y向地震對(duì)應(yīng)的性能點(diǎn)最大層間位移角為 1/483,均滿足規(guī)范要求。在多遇地震下始終處于彈性階段,結(jié)構(gòu)中梁、柱、剪力墻等構(gòu)件均未出現(xiàn)塑性鉸,在設(shè)防地震下基本處于彈性狀態(tài),頂部?jī)蓪?連體頂層和出屋面層)部分剪力墻和連梁出現(xiàn)塑性鉸,當(dāng)結(jié)構(gòu)達(dá)到罕遇地震性能點(diǎn)狀態(tài)時(shí),底層剪力墻出現(xiàn)塑性鉸,最后外框架梁和底部柱子先后進(jìn)入塑性狀態(tài),連體鋼結(jié)構(gòu)部分始終處于彈性。表明結(jié)構(gòu)在大震作用下,核心筒作為第一道防線,外框架作為第二道防線,具有良好的抗震性能,符合“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)[2]。

表3時(shí)程分析(SATWE)與振型分解反應(yīng)譜法
(CQC)的結(jié)果比較

Table 3 Result comparison of time history analysis (SATWE) and mode-superposition response spectrum method (CQC)

圖5 樓層剪力分布圖Fig.5 Floor shear distribution

4 連體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于連體兩側(cè)塔樓結(jié)構(gòu)體系相同且塔樓平面尺寸、豎向體型和剛度相近,層數(shù)相同,同時(shí)連接體自身平面剛度較大,考慮到采用強(qiáng)連接結(jié)構(gòu)方案,在水平地震力作用下能協(xié)調(diào)兩棟塔樓整體受力和變形,故本次連接體采用強(qiáng)連接方式。同時(shí)由于連接體的存在使得地震作用下原來(lái)獨(dú)立發(fā)生振動(dòng)的塔樓要相互作用、相互影響,結(jié)構(gòu)的反應(yīng)遠(yuǎn)比單塔結(jié)構(gòu)和無(wú)連接體的多塔結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜,對(duì)結(jié)構(gòu)的整體剛度、扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等都存在不同程度的影響,連體部分既承受較大的重力荷載和地震作用,又要協(xié)調(diào)兩側(cè)塔樓的變形,結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力復(fù)雜,易形成薄弱部位,因此有必要對(duì)連體部分進(jìn)行專項(xiàng)分析[3]。

4.1 連體對(duì)塔樓動(dòng)力特性的影響

不同塔樓模型的動(dòng)力特性值見表4。從表中可知:雙塔連體模型的前2階周期小于3#樓單塔模型,而其前3階周期大于4#樓單塔模型,表明連體的設(shè)置對(duì)整體剛度的影響與各單塔的平面結(jié)構(gòu)布置相關(guān);雙塔連體模型的扭轉(zhuǎn)周期比明顯小于兩個(gè)單塔模型,表明連體的設(shè)置增強(qiáng)了整體結(jié)構(gòu)的抗扭剛度,使扭轉(zhuǎn)效應(yīng)大為減小?；谶B體跨度較大,且兩側(cè)塔樓存在平面不規(guī)則性,在強(qiáng)震作用下連體可能先發(fā)生破壞,為確保連體部分失效后兩側(cè)塔樓可以獨(dú)立承擔(dān)地震作用不致發(fā)生嚴(yán)重破壞或倒塌,補(bǔ)充分塔樓模型計(jì)算分析,對(duì)塔樓的關(guān)鍵構(gòu)件(如核心筒的底部加強(qiáng)區(qū)、支承連體桁架的框架柱等)進(jìn)行校核并采用兩者較不利的結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

表4單塔模型與雙塔連體模型的動(dòng)力特性對(duì)比

Table 4 Dynamic characteristic comparison of single-tower model and double-tower connected model

4.2 連體對(duì)塔樓側(cè)向變形和扭轉(zhuǎn)變形的影響

雙塔連體模型和單塔模型的最大層間位移角和最大扭轉(zhuǎn)位移比見表5、表6,從表中可知:3#單塔模型雙向?qū)娱g位移角和扭轉(zhuǎn)位移比均大于雙塔連體模型,其中Y向的最大扭轉(zhuǎn)位移比明顯大于連體模型;4#單塔模型雙向扭轉(zhuǎn)位移比均大于連體模型,表明該連體結(jié)構(gòu)剛度大,整體協(xié)調(diào)能力強(qiáng),從而提高了整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和抗扭剛度。另從中發(fā)現(xiàn),4#單塔雙向?qū)娱g位移角卻略小于雙塔連體模型,原因分析如下:由于連體兩側(cè)塔樓平面形狀呈160°夾角,存在斜交抗側(cè)力構(gòu)件,正交水平地震力分解一定分量,從而使連體對(duì)兩側(cè)單塔的動(dòng)力特性和位移表現(xiàn)出不同程度的影響。

4.3 連體對(duì)塔樓樓層抗剪承載力的影響

單塔樓層抗剪承載力沿高度方向變化均勻,本層與相鄰上層的抗剪承載力比值均大于0.8,無(wú)明顯突變。設(shè)置連體后,由于連體設(shè)置了4榀水平剛度較大的轉(zhuǎn)換桁架,使得連接體范圍縱向樓層抗剪承載力顯著提高,而連接體上下層部位的樓層抗剪承載力產(chǎn)生一定突變(連體下層與連體首層的抗剪承載力比值0.76),超出規(guī)范要求。

表5不同模型的最大層間位移角對(duì)比

Table 5 Comparison of maximum inter-story displacement angles of different models

表6不同模型的最大扭轉(zhuǎn)位移比對(duì)比

Table 6 Comparison of maximum torsional displacement ratios of different models

對(duì)策:連體下部相鄰層的水平地震作用計(jì)算內(nèi)力放大1.25倍,同時(shí)加強(qiáng)該層豎向抗側(cè)力構(gòu)件的配筋構(gòu)造和樓蓋的剛度、配筋。

4.4 連體結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

為盡可能實(shí)現(xiàn)連接體與主體結(jié)構(gòu)的剛性連接效果,在連接處支座柱采用鋼骨混凝土柱,同時(shí)連體鋼桁架支座處腹桿、上下弦桿鋼梁與塔樓鋼骨混凝土柱之間均采用剛性連接,并將桁架鋼梁伸過(guò)一跨以保證剛性節(jié)點(diǎn)的效果。由于連接體與西側(cè)塔樓平面形狀呈160°夾角,存在斜交抗側(cè)力構(gòu)件,正交水平地震力分解的分量對(duì)連體產(chǎn)生平面外的水平力,采用箱形鋼梁作為桁架桿件,能使該連體桁架在平面外具有較好的剛度及整體抗扭性能。同時(shí)在連接體上層框架柱對(duì)應(yīng)的上弦節(jié)點(diǎn)處以及下弦節(jié)點(diǎn)樓面次梁相交處設(shè)置豎腹桿,該腹桿的設(shè)置能有效地減小節(jié)點(diǎn)間弦桿的跨中彎矩和剪力。選受荷較大的中榀轉(zhuǎn)換桁架進(jìn)行分析,取設(shè)計(jì)控制斜腹桿(應(yīng)力最大)與上、下弦桿匯交處節(jié)點(diǎn)分別進(jìn)行驗(yàn)算,見圖6。

圖6 桁架節(jié)點(diǎn)大樣圖Fig.6 Truss joint detail drawing

(1) 承載力和變形驗(yàn)算:連體部分按中震彈性進(jìn)行設(shè)計(jì),水平地震影響系數(shù)最大值取0.12,阻尼比取0.025,周期不折減,主要考慮以下組合:1.35恒載+0.98活載,1.2恒載+1.4活載,1.2x (1.0恒載+0.5活載)+1.3水平地震+0.5豎向地震+0.28風(fēng)荷載。結(jié)果顯示,桁架端部斜腹桿所受軸力最大,其與主樓相連斜腹桿的最大應(yīng)力比為0.83(壓應(yīng)力),與該受壓斜腹桿相接的受拉斜腹桿最大應(yīng)力比為0.69,計(jì)算表明,在中震組合工況下,連體鋼桁架處于彈性狀態(tài)。同時(shí)在恒載+活載標(biāo)準(zhǔn)組合作用下桁架的豎向最大撓度為46 mm,為跨度的1/590,說(shuō)明轉(zhuǎn)換桁架豎向剛度大,變形值滿足規(guī)范要求[4]。

(2) 節(jié)點(diǎn)驗(yàn)算:根據(jù)雙塔連體模型計(jì)算得到的桁架節(jié)點(diǎn)區(qū)各桿件的最大內(nèi)力組合值,采用Midas/Gen軟件對(duì)該最大內(nèi)力作用下的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有限元應(yīng)力計(jì)算,節(jié)點(diǎn)區(qū)采用板單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分,有限元模型中不考慮焊縫的影響。選取桁架端部斜腹桿匯交處上弦節(jié)點(diǎn)和下弦節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算分析,其網(wǎng)格劃分和Von Mises應(yīng)力云圖如圖7、圖8所示。分析結(jié)果表明,中震作用下,上、下弦節(jié)點(diǎn)高應(yīng)力區(qū)主要分布在豎桿與弦桿連接的翼緣處,豎桿翼緣應(yīng)力最大,其上、下弦處最大應(yīng)力比分別為0.88和0.71,均處于彈性狀態(tài)。

圖7 上弦節(jié)點(diǎn)分析結(jié)果Fig.7 Top chord joint analysis

圖8 下弦節(jié)點(diǎn)分析結(jié)果Fig.8 Bottom chord joint analysis

(3) 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì):桁架節(jié)點(diǎn)區(qū)弦桿與斜腹桿、豎桿連接時(shí),翼緣和腹板均采用全熔透坡口焊連接,確保節(jié)點(diǎn)區(qū)為整體剛性構(gòu)件。上下弦節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)摩擦型高強(qiáng)螺栓與斜腹桿、豎桿連接。通過(guò)有限元應(yīng)力分析,表明在弦桿遇腹桿翼緣相交處設(shè)置內(nèi)加勁肋可有效減小連接處的集中應(yīng)力,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以重視。

4.5 連體部分樓板溫度應(yīng)力分析

連體部位縱向最大長(zhǎng)度達(dá)126 m,超出伸縮縫最大間距的要求[5]。連體兩側(cè)塔樓核心筒縱向(連體跨度方向)長(zhǎng)度分別為28 m和30 m,核心筒之間凈距約43 m。由于筒體存在較大的抗側(cè)剛度,對(duì)筒體之間現(xiàn)澆樓板的面內(nèi)變形產(chǎn)生約束,不可避免要對(duì)現(xiàn)澆樓屋蓋的混凝土收縮及負(fù)溫差收縮產(chǎn)生約束拉應(yīng)力,故有必要對(duì)連接體范圍樓屋面板進(jìn)行收縮和溫度作用分析。

根據(jù)氣象資料,當(dāng)?shù)刈畹突練鉁丶s-2 ℃,最高基本氣溫36 ℃,結(jié)構(gòu)合攏溫度取T0=16 ℃～18 ℃,則季節(jié)溫差ΔT1=±20 ℃;混凝土收縮當(dāng)量溫差ΔT2計(jì)算如下:

則等效溫差ΔTs=2 ℃(升溫),ΔTj=38 ℃(降溫),結(jié)構(gòu)最不利溫差ΔTmin=-38 ℃(降溫控制)。對(duì)于季節(jié)溫差,因?yàn)槠涫且粋€(gè)長(zhǎng)期緩慢的作用過(guò)程,是與時(shí)間有關(guān)的變量,需考慮徐變的影響,本工程考慮徐變作用下混凝土的收縮折減系數(shù)K取0.3。采用MADIS/Gen建立有限元模型進(jìn)行溫度應(yīng)力計(jì)算,樓板頂面主拉應(yīng)力云圖如圖9所示。

圖9 連體層樓板溫度應(yīng)力分布示意圖Fig.9 Thermal stress distribution of connecting floor

圖中可知,溫度收縮基本呈現(xiàn)由兩端向中心變形,房屋端部及核心筒附近樓板產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中,其中最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在核心筒附近區(qū)域,其峰值達(dá)2.5 MPa,大于混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,如 按不計(jì)入溫度作用計(jì)算的配筋量進(jìn)行驗(yàn)算,則該區(qū)域樓板的最大裂縫寬度超出規(guī)范[5]規(guī)定的限值,不滿足正常使用極限狀態(tài)。

設(shè)計(jì)采取的對(duì)策有:按混凝土收縮和溫差作用分析結(jié)果在拉應(yīng)力較大區(qū)域配置附加筋,提高樓屋蓋板貫通筋的配筋率,混凝土或型鋼混凝土梁腹筋的配置也相應(yīng)加強(qiáng);提高連接體下部?jī)蓪恿喊宓呐浣盥?并對(duì)框架柱采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施;在連體兩側(cè)的延伸跨內(nèi)設(shè)置收縮后澆帶等[6]。

4.6 轉(zhuǎn)換桁架施工階段驗(yàn)算

設(shè)計(jì)時(shí)轉(zhuǎn)換桁架的豎向剛度按一次形成、豎向荷載按一次加載進(jìn)行施工模擬計(jì)算,其上部鋼結(jié)構(gòu)待桁架的空間剛度形成后再施工。

轉(zhuǎn)換桁架安裝高度近37 m,根據(jù)設(shè)計(jì)要求和專項(xiàng)施工方案,轉(zhuǎn)換桁架在工廠內(nèi)加工制作,在兩側(cè)塔樓結(jié)頂后進(jìn)行整體吊裝,就位并形成穩(wěn)固的空間支撐體系后,再進(jìn)行上層鋼框架安裝及連體部位混凝土樓屋板施工。

轉(zhuǎn)換桁架應(yīng)根據(jù)施工方案進(jìn)行施工階段整體受力驗(yàn)算[7]。驗(yàn)算時(shí)轉(zhuǎn)換桁架上下弦樓層按零樓板假定,樓屋面恒載取次梁和板自重,施工活載取1.5 kN/m2,其中屋面板恒活載產(chǎn)生的柱底內(nèi)力及鋼柱自重加載在桁架上弦節(jié)點(diǎn)處,桁架自重程序自動(dòng)計(jì)算,荷載分項(xiàng)系數(shù)按現(xiàn)行荷載規(guī)范取。選取中榀桁架進(jìn)行驗(yàn)算分析,桁架端部支座處斜腹桿(受力最大)應(yīng)力比為0.72;桁架跨中豎向撓度為39 mm,均滿足規(guī)范要求。設(shè)計(jì)要求桁架制作時(shí)按L/700 預(yù)起拱。

5 結(jié) 論

(1) 應(yīng)對(duì)連體結(jié)構(gòu)(強(qiáng)連接)進(jìn)行專項(xiàng)分析,考察連體自身的受力、變形特點(diǎn)以及其對(duì)兩側(cè)塔樓的不利影響,并采取相應(yīng)的抗震加強(qiáng)措施。對(duì)受力最大或受力復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)域應(yīng)進(jìn)行有限元應(yīng)力分析,為節(jié)點(diǎn)域的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

(2) 強(qiáng)連接的連接體部位一般屬超長(zhǎng)結(jié)構(gòu),兩側(cè)抗側(cè)剛度較大的塔樓筒體對(duì)現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓屋蓋沿縱向自由收縮和溫差變形產(chǎn)生較大約束,從而產(chǎn)生約束拉應(yīng)力,同時(shí)筒體自身也受到相應(yīng)的水平剪力作用,這是連體結(jié)構(gòu)非荷載效應(yīng)的一個(gè)重要組成部分。結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)予以考慮并采取相應(yīng)的構(gòu)造措施,以確保結(jié)構(gòu)安全可靠。

(3) 轉(zhuǎn)換桁架及上部結(jié)構(gòu)的豎向剛度按一次形成、豎向荷載一次加載與按逐層形成、逐層加載的計(jì)算方法存在較大差異,施工過(guò)程的模擬計(jì)算對(duì)設(shè)計(jì)有較大影響,故施工方案的編制和施工階段的驗(yàn)算應(yīng)符合設(shè)計(jì)施工過(guò)程的模擬計(jì)算,設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)連接體施工或吊拼裝方案提出明確要求。