合肥普天合电科技园项目高位连廊的设计

肖阳

（同济大学）

1 工程概况

合肥普天合电科技园项目选址于合肥市东至含笑路、南至迎春路、西至森景湖大道、北至迎送路，紧邻董铺水库、大房郢水库，自然景观资源丰富。项目由塔楼A、塔楼B、8栋多层单体以及两层地下室组成，其中塔楼A、B在19层处由一空中连廊相连。本文仅关注塔楼A、B以及空中连廊，塔楼A地下3层，地上25层，结构高度98.600m，；塔楼B地下1层，地上25层，结构高度98.600m，；一层层高均为4.5m，二层层高均为4.4m，标准层层高均为3.9m。连廊层数为一层，最大跨度为26.5m，板面标高为75.200m。

本工程设计基准期为50a，设计使用年限为50a，建筑结构的安全等级为二级。抗震设防烈度为7度（0.10g），设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类，设计特征周期为0.35s，抗震设防类别为丙类。结构基本风压为0.35kN/m2（50年重现期），地面粗糙度类别为B类。

2 结构体系及布置

塔楼A、B采用框架剪力墙结构，剪力墙核心筒偏置。柱距为8.400m～10.300m，柱截面为1500mmx1500mm～600mmx600mm；核心筒剪力墙厚度为500mm～200mm；框架梁外围为800mmx700mm～1000mmx950mm，内部为600mmx650mm，次梁截面为600mmx650mm。连廊采用钢结构，主梁截面为箱型1000mmx500mmx14mmx35mm,次梁截面为H400mmx200mmx8mmx14mm，吊柱截面为箱型300mmx300mmx14mmx14mm,吊梁截面为箱型600mmx200mmx12mmx24mm，楼板为120mm厚钢筋桁架楼板。主梁与塔楼支座处采用厂家提供的成品摩擦摆式支座连接。

3 连廊支座设计

工程在连廊四角部支座处均设置摩擦摆支座。摩擦摆支座隔震效果类似于橡胶隔震支座，但是竖向承载能力更高且水平变形能力更大；摩擦摆支座的自振周期稳定，支座滑动面由特殊金属及高分子耐磨材料制成，同时具备较低摩擦系数和高阻尼的特性；摩擦摆支座具有较好的自复位能力，质量中心和刚度中心重合，消除结构因质心和刚心偏心而导致的扭转影响；耐久性好，耐高温，周围环境温度对支座性能影响小。

无地震作用时摩擦摆支座摩擦力可以防止连廊在风荷载下的水平方向的位移，地震时连廊与塔楼之间可以自由滑动，减少塔楼与连廊之间相互作用的影响，且在地震后，摩擦摆能在重力的作用下恢复到原来的位置。本工程计算出塔楼A、塔楼B在罕遇地震下连廊支座处的最大位移来预留支座与塔楼之间的水平变形缝的尺寸。

3.1 塔楼罕遇地震下位移计算

1）考虑到塔楼A、塔楼B层数和体型相近，工程选用两条天然波（Whittier Narrows-01_NO_618、Chalfant Valley-02_NO_549）和一条人工波，采用Midas building进行动力弹塑性时程分析，分别计算塔楼A、塔楼B在罕遇地震下连廊支座处的最大位移。地震波考虑双向地震作用，主方向与次方向地震波加速度峰值的比值为1:0.85，地震波主方向的方向塔楼A取为0°、90°、71°、161°， 塔楼 B取 为 0°、90°、59°、149°，计算模型(见图1)。

2）工程对梁柱单元选用基于截面的计算模型，即集中铰类型单元，又称为弯矩-旋转角类型单元，梁铰为弯矩铰，柱铰为轴力-弯矩铰。

梁柱选用程序自带的考虑构件刚度退化的修正武田三折线模型，修正武田三折线模型是基于构件试验结果的恢复力模型，卸载刚度由卸载点在骨架曲线上的位置和反向是否发生了第一屈服决定。对正向和负向可定义不同的屈服后的刚度折减系数，适用于梁、柱、支撑构件。

Midas building中的非线性墙单元使用了纤维模型，每个墙单元上竖向纤维数量取5，水平纤维数量取3。竖向纤维数量是指计算墙的竖向的轴向和弯曲变形使用的纤维数量；水平纤维数量指计算墙的水平向的轴向和弯曲变形使用的纤维数量。本工程对墙单元选用基于材料的计算模型，即混凝土的单轴应力-应变曲线取《混凝土结构设计规范》GB50010-2010附录C.2条中提出的混凝土本构模型。采用钢筋和混凝土材料的单轴应力应变关系，通过塑性纤维的轴向变形来模拟剪力墙的轴向-弯曲变形特性。

3）通过动力弹塑性时程分析，计算出塔楼A、塔楼B在连廊支座处的节点最大位移DX、DY，将DX、DY按照沿着连廊方向及垂直连廊方向分解叠加，得到塔楼沿着连廊方向及垂直连廊方向最大位移，计算结果（见图2、图5）。

根据上述计算结果，确定支座的水平变形能力为沿着连廊方向及垂直连廊方向±500mm。

图1 塔楼计算模型

图2 塔楼A沿着连廊方向位移

图3 塔楼A垂直连廊方向位移

图4 塔楼B沿着连廊方向位移

图5 塔楼B垂直连廊方向位移

3.2 连廊支座构造

考虑到地震的不确定性，在支座处设置防跌落钢绞线，防止连廊在地震作用下脱落。

连廊牛腿及防跌落钢绞线军按大震不屈服进行设计。

4 连廊舒适度分析

由人行走、跳跃等行为引起楼板结构的振动以及人性走引起人行天桥的振动，会给居住者和行人带来不适和不舒适感吗目前世界各国对于舒适度的评判标准并不统一。

本项目根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010 3.7.7条，楼盖结构应具有适宜的舒适度。楼盖结构的竖向振动频率不宜小于3Hz，竖向振动加速度峰值不应超过表3.7.7的限值。

4.1 连廊竖向振动频率分析

本工程将连廊单独抽出，采用Midas gen进行模态分析，质量源取为“1.0结构自重+1.0楼面恒载+0.5楼面活载”。结果显示连廊前6阶竖向振动频率均大于3Hz。

4.2 连廊竖向振动加速度分析

对连廊进行有限元网格划分，单元长度取为0.5m。人自重按75kg考虑，通过模拟人行荷载作用，采用用动力弹性时程分析计算两种工况对连廊舒适度的影响。

时程函数采用Midas gen自带的连续步行（IABSE）函数，在连廊四点施加连续步行荷载，位置如图六，模拟同时有四人在连廊进行原地踏步，时程响应结果如图七，得到响应最大点的最大加速时程响应为0.129m/s2。

4.3 连廊舒适度分析结论

上述分析表明，连廊自振频率大于3Hz，峰值加速度小于0.15m/s2，楼板舒适度满足规范要求。

图6 工况一荷载位置

图7 工况一响应最大点加速度时程响应

5 结语

1）通过对塔楼A、塔楼B进行动力弹塑性时程分析，计算塔楼连廊处的水平位移，计算结果表明本工程连廊支座能满足罕遇地震的设计需要。

2）通过对连廊施加连续步行函数以及行走一步函数来模拟人行荷载对连廊舒适度的影响，计算结果表明，连廊的结构设计能够满足规范所需的舒适度要求。