某办公楼连廊结构分析与设计

随着建筑功能的不断提高、建筑造型的日益丰富，为了满足建筑各部分间的联系和使用要求，建筑各部分间常常会设置连廊，这是目前建筑中常用的一种建筑结构形式。连廊的安全性和稳定性在结构设计中显得尤为重要。因钢结构具有强度高、重量轻、塑性韧性好、制造简便、施工工期短等优点，连廊大多采用钢结构形式。本文以实际设计工作中的某典型钢结构连廊设计为例，浅谈钢结构连廊的设计体会。

工程概况

该工程位于江苏省扬州市宝应县，由南楼、北楼和中庭3部分组成，各部分通过设缝分开。南楼部分无地下室，地上5层，建筑高度22.62m。北楼部分局部地下一层，地上7层，建筑高度31.05m。中庭部分无地下室，地上2层，建筑高度16.35m。南楼与北楼在二、三层设置连廊相互连接，连廊的跨度为21.6m。

建筑主体采用钢筋混凝土框架结构，结构安全等级为二级，结构设计使用年限为50年。抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为6度，设计基本加速度值为0.05g，设计地震分组为第3组，建筑场地类别为Ⅲ类，设计特征周期为0.65s。

图1 简直钢梁（方案A）

图2 空腹桁架（方案B）

图3 方案A挠度示意图

图4 方案B挠度示意图

连廊宽度为2m，跨度为21.6m。连廊楼面采用压型钢板组合楼板，厚度为110mm。为了更好的满足建筑美观、使用的需求，连廊初选方案采用简支钢梁和空腹桁架两种，分别对应方案A（图1）和方案B（图2）。方案A即是各楼层的连接均采用两个简支钢梁。方案B即是采用两片桁架，桁架高度与建筑层高相同。桁架弦杆和竖向腹杆均采用焊接H型钢。

连廊与主体间的连接方式主要有刚性连接[1]和柔性连接[2]两种类型，本工程采用一端固定铰支座、一端单向滑动支座的柔性连接方式[3][4]。此种方式可有效解决两侧建筑变形不同步的问题，并减小两侧建筑物因连廊而产生的地震偶联效应。上述支座均采用抗震成品球型钢支座，连廊与支座、支座与主体预埋件间采用焊接的连接方式。

结构分析设计

舒适度分析

连廊建筑功能为人行天桥，由于结构体系较柔，在设计中不但需要对结构的刚度、强度进行有效控制，还需要对连廊的舒适度进行分析。舒适度一般通过挠度、自振频率和振动加速度峰值进行评价。

1.挠度分析

方案A受力后变形为简单的简支梁变形模式（图3），跨中最大挠度值为67.6mm，不满足现行规范限定的挠度要求，钢梁加工制作时应预起拱。

方案B受力后变形（图4），模式与简支梁相似，跨中最大挠度值为39.2mm，能满足现行规范限定的挠度要求，相较于方案A整体刚度较好。

2.自振频率和振动加速度峰值分析

现行《混凝土结构设计规范》明确了对混凝土楼盖竖向自振频率的限值要求[5]，《高层建筑混凝土结构技术规程》也明确了楼盖竖向自振频率和竖向振动加速度峰值的限值要求[1]。依据整体计算结果，根据文献[1]附录A进行计算，方案A的自振频率为3.08Hz，竖向振动加速度峰值为0.065g，方案B的自振频率为3.71Hz，竖向振动加速度峰值为0.052g，均能满足现行规范的限值规定。

支座设计

方案A与方案B的支座受力情况如表1所示。

方案A所有支座在各楼层沿X轴方向未产生力，在各楼层沿Z轴方向产生均匀的压力。方案B固定铰支座端沿X轴方向在三层顶产生拉力，在二层顶未产生力，在一层顶产生压力。沿Z轴方向，方案B所有支座在二层顶产生较大的压力，在一层顶和三层顶产生相对较小的压力，支座压力沿楼层分布不均匀。

连廊位移控制值是根据南楼、北楼各单体及带连廊的整体模型计算罕遇地震作用下的位移，取包络值进行设计。经计算确定滑动铰支座处相对最大位移约为75mm。

表1 支座受力设计值（kN）

表2 主要构件截面和用钢量对比

依据支座受力及位移，采用抗震成品球型钢支座（GQZ 1000-GDφ0.02和GQZ 1000-DX ±100φ0.02）能够保证连廊两种结构方案的支座在小震下保持弹性工作状态，并能满足支座在大震下的位移要求。

用钢量对比

方案A与方案B的主要构件截面和用钢量对比如表2所示。

方案B相较于方案A大概节约25%的用钢量，具有较好的经济性。

综合上述几点分析可知，从结构合理性方面考虑，方案B优于方案A。但在实际工程实践中，考虑到方案A工程量相对较小，便于加工制作及现场安装，并能够更好地满足建筑师对建筑外观及空间的要求，所以，该工程实施最终选择了方案A。

结论

通过对该钢连廊的设计介绍，总结了以下连廊设计中的设计要点：

（1）一般说来，连廊两端的连接方式很多，具体采用哪种取决于连廊的跨度、刚度、竖向位置等诸多因素。确定连廊的连接方式是连廊结构设计的关键。

（2）当连廊跨度相对较小时，方案A受力简单明确，易于加工制作及安装，适用性比较强。当连廊跨度相对较大时，综合比较，方案B优势较大。