中国航信办公区地上部分连体结构设计

王啸，王洪领，张向荣，张震，姜孝林

（中国中元国际工程有限公司,北京 100089）

建筑与结构设计

中国航信办公区地上部分连体结构设计

王啸，王洪领，张向荣，张震，姜孝林

（中国中元国际工程有限公司,北京 100089）

中国航信办公区地上部分为连体结构，由6栋塔楼通过5个高空连廊连接组成，房屋结构高度39.0m。塔楼采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构，高空连廊采用钢结构。连廊与塔楼采用滑动支座连接，控制风荷载下不滑动，小震时开始滑动，支座位移按大震控制。论文详细介绍了塔楼及高空连廊部分的结构选型，分析、设计要点，连接构造及高空连廊安装等关键技术，供类似工程参考。

连体结构;高空连廊;滑动支座

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.001

1 工程简介

1.1 工程概况

中国航信高科技产业园区项目位于北京市顺义区后沙峪镇，机场北线高速与天北路交界处。园区由生产区、办公区及配套区组成，其中办公区由总部办公大楼、研发中心、结算中心及地下车库组成。工程地下共3层，其中地下2层、3层局部设有六级甲类人防物资库和五级甲类二等人员隐蔽所；地下1层为车库、库房、储物间等设备用房；地上由6栋塔楼通过5个高空连廊连成一体，塔楼总高度均为39.0m，各层层高分别为F1层5.25m，F2～F9层4.2m；高空连廊位于8层、9层，连廊底标高30.45m，顶标高39.0m。塔楼平面尺寸均为58.8m× 25.2m，高度为39.0m，连廊1及连廊2（共4个）平面尺寸分别为50.4m×25.2m、33.6m×16.8m，高度均为8.55m。连廊与塔楼采用双向滑动支座连接。主要柱网尺寸为8.4m×8.4m。

1.2 自然条件

基本风压为0.45kN/m2,地面粗糙度类别为C类，基本雪压为0.40kN/m2，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第一组，抗震设防类别为丙类，场地类别为Ⅲ类，设计使用年限为50a。

2 结构体系选择

2.1 塔楼结构体系

塔楼采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构(见图1)，核心筒大量开洞导致结构抗扭刚度不足，在平面两端利用窗间墙设置壁式框架提高结构的抗扭刚度。为了增加结构的延性，在连廊支座处塔楼框架柱内设型钢，含钢率控制在5%左右，承载力按中震弹性控制。

图1 塔楼平面布置图

2.2 高空连廊结构体系

高空连廊采用钢桁架+钢梁+钢筋桁架楼承板的结构体系（见图2），2层通高的钢桁架支承在塔楼柱牛腿上，钢梁支承在各榀桁架上。

塔楼及连廊主要构件截面尺寸及材料强度见表1。

图2 连廊平面布置图

表1 塔楼及连廊主要构件截面尺寸及材料强度

3 结构的振动特性

3.1 单体模型振动特性

采用SATWE和SAP2000对塔楼及高空连廊进行模态分析。在塔楼模型中，将连廊支座反力以集中力的形式施加到柱牛腿上；连廊模型中，支座水平约束采用弹簧模拟，弹簧刚度采用滑动支座的水平等效刚度。滑动支座的水平等效刚度包括两部分：一部分是由于支座受到的竖向压力分力而形成的水平恢复力；另一部分是摩擦力的分力。为了简化计算并使计算偏于安全，仅考虑第一部分所形成的水平刚度：

式中，W为支座受到的竖向压力；R为支座盘面的曲率半径。

分析结果表明：塔楼第1主振型为X向平动，第2主振型为扭转，第3主振型为Y向平动，2个程序计算结果吻合性较好；高空连廊的主振型均为竖向振动。

3.2 连体模型振动特性

采用SAP2000对塔楼及连廊的连体模型进行模态分析，滑动支座采用LINK单元模拟，弹簧刚度取滑动支座水平等效刚度。连体模型的主要振型与单体模型基本吻合，详见表2。

表2 单体模型及连体模型振动特性

4 结构计算分析

4.1 多遇地震作用下的反应谱分析

采用SATWE和SAP2000对塔楼单体模型进行多遇地震作用下的反应谱分析，采用SAP2000对连体模型进行多遇地震作用下的反应谱分析，水平地震影响系数最大值αmax=0.16，考虑扭转藕联振动的影响。两个程序计算结果相近，结构的刚度、位移、位移比等指标均在规范限值之内。

4.2 弹性动力时程分析

采用SAP2000对连体模型进行了多遇地震作用下的弹性动力时程分析，选取二组实际地震记录（EL-Centro、Taft）和一组人工模拟的加速度时程曲线（User1），加速度时程曲线最大值为70cm/s2。结果表明，塔楼的基底剪力在两个方向均与反应谱法的结果接近；竖向地震作用下连廊支座反力计算结果表明，按10%重力荷载代表值计算竖向地震作用并不能保证结构的安全性，尚应采用连体模型按时程分析法进行详细评估。

4.3 动力弹塑性时程分析

采用三维弹塑性动力分析软件SAUSAGE,对塔楼进行了罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析。时程波采用EL-Centro波、Taft波及人工波（User1）。计算最大层间位移角1/175，最大顶点位移176mm，结构能满足大震不倒的性能目标，滑动支座位移限值采用±200mm能满足要求。

4.4 连廊温度作用分析

采用SAP2000对连廊单体模型施加温度荷载，考察升温和降温对连廊钢结构及楼板的影响。温度荷载考虑±30℃，通过对弹性模量进行折减（0.3E）考虑混凝土收缩、徐变的影响。连廊支座水平约束按弹簧模拟，弹簧刚度根据滑动支座水平等效刚度确定。结果表明：升温时，楼板均匀受压（最大应力2.75MPa），桁架端部竖腹杆受拉，其他杆件受压，除边跨外，斜腹杆受力很小；降温时，楼板均匀受拉（最大应力2.75MPa），桁架端部竖腹杆受压，其他杆件受拉，除边跨外，斜腹杆受力很小。设计时按（1.2恒+1.4活+1.0温）考虑荷载组合，楼板采用双层双向配筋。

5 关键构件抗震性能目标及主要设计结果

5.1 关键构件抗震性能目标

塔楼配筋按单体模型计算结果确定，采用连体模型复核壁式框架柱及连廊支座处框架柱的承载力及变形，高空连廊按连体模型计算结果设计，关键构件抗震性能目标见表3。

表3 抗震性能目标

5.2 主要设计结果

连廊支座处框架柱内设置钢骨，钢骨柱含钢率控制在5%左右，经验算，承载力能满足设定性能目标的要求。连廊桁架按中震弹性验算，杆件最大应力比为0.976（端部斜腹杆），桁架中部杆件应力较小，杆件截面按构造控制。

6 滑动支座设计参数

连廊与塔楼之间采用滑动支座连接，支座构造分4层，共3个滑动面，采用镶嵌MHP（改性超高分子量聚四氟乙烯板）作为滑动材料，支座具有竖向压力作用下的自动回位功能。设计时控制支座在风荷载下不滑动，小震下开始工作，起到隔离塔楼与连廊间水平地震力的作用；支座的最大位移能力及竖向极限承载能力根据罕遇地震作用下动力弹塑性时程分析确定，具体参数见表4。

表4 滑动支座设计参数

7 人行激励下连廊舒适度验算

单独取连廊模型进行模态分析，连廊的竖向自振周期T=0.39s，fn=2.56Hz。采用Midas-gen软件对连廊进行人行激励下的楼板加速度反应分析，单步行走荷载采用Baumann时程曲线，连续行走荷载采用国际桥梁及结构工程协会（IABSE）推荐的时程曲线，步行速率取0.9m/s，步距取70cm。结果表明，连廊在人行激励下的最大加速度值为0.019m/s2，满足《高层建筑混凝土结构技术规范》（JGJ3—2010）[1]及文献[2]中对楼盖竖向振动加速度的限值要求。

8 高空连廊安装

8.1 安装方案

由于连廊体量庞大，采用常规方式安装无法满足要求。经方案比选，最终采用利用主体结构作为支撑点，对连廊结构进行整体提升，对局部小件散拼的方案。

8.2 吊装验算

采用SAP2000对连廊吊装过程进行了全过程模拟，保证在吊装过程中结构的安全性；吊装过程中杆件最大应力比在0.8左右，提升架最大应力在244MPa左右。

9 结语

中国航信办公区地上部分为多塔连体结构，运用概念设计的思路确定塔楼与连廊的连接方案。采用滑动连接隔离塔楼与连廊之间的水平地震作用效应，结构概念清晰。对单体模型和连体模型的动力特性及地震反应进行了研究，验证了采用滑动连接方案的可行性。以下为本工程的几点结论及建议：

1）采用滑动支座连接的连体结构，塔楼需具备足够的抗侧刚度及扭转刚度。刚度不足时可采用壁式框架予以加强，壁式框架的承载力宜按中震弹性或中震不屈服控制。

2）滑动支座可有效隔离塔楼和连廊之间的水平地震作用效应，但无法隔离竖向地震作用效应。

3）设置滑动支座后，塔楼可采用单体模型进行设计，连廊的竖向地震作用宜采用连体模型通过时程分析法确定。

4）连廊按单体模型设计时需对竖向地震作用进行放大，放大系数可取塔楼对高空连廊的地震作用传递系数。

5）滑动支座竖向承载力及位移限值应按弹塑性分析方法确定。

6）高空连廊安装可采用结构整体提升、局部小件散拼的方案。

【1】JGJ3—2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].

【2】徐培福，傅学怡，王翠坤，等.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

Connection Structure Design on the Over Ground Part of TRAVEL SKYOffice Area

WANG Xiao,WANGHong-ling,ZHANGXiang-rong,ZHANG Zhen,JIANG Xiao-lin
（ChinaIPPRInternationalEngineeringCorporation,Beijing 100089,China）

Structure of the over ground part of TRAVEL SKYOffice area consists six individual towerswith five sky bridges connecting themtogether.The highest point ofstructure isat 39.0m.Structure type ofall the towersare all concrete frame shearwall and that of all the sky bridges are taken steel truss. The towers and sky bridges are connected with sliding supports. The supports are designed to keep static with wind load, and start to move under frequent earthquake. The sliding tolerates of the supports are designed to resist maximum earthquake. Structure type comparison&selection of all the towers and sky bridges are well illustrated in this paper. Also calculation and analysis, key pointsofdesign,connectiondetailsandinstallationofskybridgesareintroducedtoprovidereferencetosimilarprojects.

connectionstructure;skybridge;slidingsupport

TU398+.2

B

1007-9467（2016）09-0023-03

2016-03-11

王啸（1980～），男，湖北仙桃人，高级工程师，从事结构工程设计与研究，（电子信箱）wangxiao@ippr.net。