李鵬

（湖南省建筑設計院集團股份有限公司，長沙 410011）

1 工程概況

晟通梅溪湖國際總部中心二期項目位于長沙市。主要功能為商業(yè)及公寓，兩棟超高層高度分別為249.4 m和199.4 m，兩棟樓在154.4～163.4 m高度處通過3層樓蓋連接形成連體結構，圖1所示為兩棟超高層建筑剖面圖。

圖1 兩棟超高層建筑剖面圖

2 結構體系

本工程地上部分裙房采用鋼筋混凝土框架結構，兩棟超高層均采用鋼筋混凝土框架-核心筒-伸臂桁架結構。本工程A塔高度為249.4 m，高寬比為7.13，核心筒高寬比為23.09；B塔高度為199.4 m，高寬比為6.43，核心筒高寬比為19.17。核心筒高寬比均較大，單棟結構抗側剛度較弱，獨立的單棟建筑均需設置3～4道加強層，結構層間位移角及剛重比才滿足現(xiàn)有規(guī)范要求。通過設置連體結構，兩棟塔樓核心筒正交布置（見圖2），可相互提供弱軸方向的側向剛度。

圖2 連體層布置圖

3 連接體分析

連接體對連體超高層建筑尤為重要，本工程對連接體在風荷載作用下和設防烈度為6度的地震力作用下的結構抗側力性能進行了分析計算。整體結構的計算結果表明，連接體可以滿足GB 50009—2012《建筑結構荷載規(guī)范》[1]，也可以滿足GB 50011—2010《建筑抗震設計規(guī)范》（2016年版）[2]設定的C級抗震性能目標。對連體超高層進行大震工況下的計算分析分析了連接體的變形情況。圖3b給出了大震下連接體節(jié)點的豎向位移時程曲線，由圖3c和圖3d可知，大震下連接體兩側位移基本一致，表明連接體能夠可靠地連接兩棟建筑，并有效地傳遞水平力。連體結構在大震下，仍然可以保持連接狀態(tài)兩塔可以協(xié)同工作，共同抵抗水平荷載。

圖3 大震下連接體位移時程曲線圖

4 關鍵節(jié)點分析

節(jié)點可靠是構件之間傳力的基本保證，按照JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》[3]的要求，對本工程中的關鍵節(jié)點：角部伸臂桁架、連接體與框架柱的連接節(jié)點進行有限元分析，連接體桁架節(jié)點有限元模型如圖4所示。

圖4 連接體桁架節(jié)點有限元模型

4.1 分析模型

本工程采用Midas FEA通用有限元程序對上述節(jié)點進行分析。鋼骨與混凝土均采用實體單元，混凝土與鋼骨共用節(jié)點，以保證兩者變形協(xié)調。外框柱的縱筋采用實體單元中的鋼筋模擬，用戶定義鋼筋線，通過前處理過程鋼筋線與母單元產(chǎn)生交點將鋼筋線自動分割成鋼筋段，鋼筋段的坐標點信息將用于計算添加在母單元上的鋼筋的剛度和內(nèi)力。

4.2 材料模型

鋼材擬采用Q345B，屈服強度標準值取為345MPa，彈性模量取2.06×105MPa，采用雙線性隨動強化模型，強化段彈性模量取2.06×103MPa[4]。鋼材所采用的應力應變曲線如圖5a所示?；炷翉姸鹊燃墳镃60，抗壓抗拉強度采用GB 50010—2010《混凝土結構設計規(guī)范》[5]（2015年版）中的規(guī)定，混凝土單軸受壓應力應變曲線采用GB 50010—2010規(guī)定公式，但不考慮下降段采用平直線替代?；炷了捎玫膽兦€如圖5b所示。

圖5 材料模型

4.3 邊界條件及荷載

采用簡化的邊界約束方式，外框柱的下底端采用鉸接約束，頂部約束水平平動。其他構件截面端施加荷載；根據(jù)PKPM-SAUSAGE大震動力彈塑性時程分析過程得到的各構件最大內(nèi)力，施加到相應的構件截面上。

4.4 有限元分析結果

大震作用下節(jié)點鋼骨的Von Mises應力云圖如圖6a所示，鋼骨最大Von Mises應力為174.6 MPa，最大應力出現(xiàn)在斜撐與節(jié)點板的交接位置。鋼骨總體應力水平均在Q345屈服強度標準值取為345 MPa以下，說明節(jié)點區(qū)域能較好地分散應力傳遞，緩解應力集中。

節(jié)點區(qū)域混凝土第一主應力云圖如圖6b所示?；炷磷畲笾鲏簯?6.9 MPa，未出現(xiàn)混凝土壓碎現(xiàn)象。

外框柱內(nèi)縱筋的軸向應力云圖如圖6c所示。最大軸向應力為271.8 MPa，未出現(xiàn)鋼筋屈服現(xiàn)象。

節(jié)點有限元分析表明：（1）混凝土在大震作用下未出現(xiàn)拉裂，未出現(xiàn)壓碎；（2）鋼骨在大震作用下未屈服，主體保持為彈性工作狀態(tài)，且有很大的富余度；（3）外框柱內(nèi)縱筋未屈服。從整個節(jié)點受力性能來看，節(jié)點設計符合抗震性能設計目標。

5 結語

隨著國內(nèi)超高層建設和設計水平的不斷發(fā)展，連體超高層越來越多地出現(xiàn)在大型商業(yè)綜合體中，而剛性連接是較為推薦的一種連體方式。通過在晟通梅溪湖總部連體超高層建筑整體分析的基礎上進行了節(jié)點有限元分析。分析結果表明，本工程所采用的型鋼鋼骨混凝土節(jié)點在大震彈塑性工況內(nèi)力作用下，型鋼鋼骨、混凝土和鋼筋均未出現(xiàn)破壞，并有一定的富余，連接體采用這種節(jié)點形式是安全可靠的。