带悬挑连廊连体结构的抗震设计研究及应用

方 坤

中信建筑设计研究总院有限公司（430010）

0 前言

连体结构主要是指两个或多个塔楼之间带有连接体的结构，从形式角度来看，连体高层建筑结构主要有连廊式、凯旋门式两种形式。凯旋门被称为门式高层结构，连接体的宽度和塔楼结构的宽度相近，两个塔楼主体结构普遍属于对称布置特征，如北京西客站的主站楼、上海凯旋门大厦均属于凯旋门结构形式。在遇到双塔在体量方面存在较大差异或者是结构形式存在不同的情况下，特别是多塔连体结构普遍是采用传统连体结构，此时会出现复杂的相互耦联振动或比较大的扭转效应，对抗震存在明显的负面影响。对此，探讨带悬挑连廊连体结构的抗震设计研究及应用具有显著实用价值。

1 带悬挑连廊连体结构相关缺陷

带悬挑连廊连体结构属于体型上大下小的竖向不规则结构，上部分的结构质量相对于下部分而言要大许多，其可以促使高振型的地震作用增大。悬挑结构也会因为质量提升而形成更大的偏心距，促使主体结构的扭转效应得到提升[1]研究显示，悬挑结构本身带有明显的竖向地震效应，并且效应会随着悬挑尺寸的增加而增大，这也是设计中的难点[2]。对于这一问题必须针对结构特点做好优化设计。

2 应用案例

以某建筑结构为例，该结构主要是由3栋楼构成，塔楼的主体属于框剪结构，抗震等级为框架二级、剪力墙二级及悬挑钢桁架二级。悬挑钢桁架的上、下弦杆型钢均属于主体结构延伸2跨，其可以促使钢桁架上、下弦杆内力更加直接地传递到主体上，梁截面的形式采用型钢混凝土梁，钢桁架上、下弦所在的楼层均属于钢筋混凝土现浇筑体系，板层厚度200 mm。在根据振型分解反应谱的抗震设计，可以构建一个带悬挑连廊连体结构有限元模型，同时作结构位移角、位移周期及承载力等参数的计算。

通过计算，位移角小于1/650。在受剪承载力方面，在悬挑桁架所在楼层的下一层结构受剪承载力存在突变现象，所以在设计期间必须按照实际要求及相关规范对悬挑桁架所在的楼层、上下相邻层强化抗震措施设计。在楼层侧向刚度方面，按照高层混凝土结构技术规程，针对框架、剪力墙与板柱、剪力墙结构与框架、核心筒结构、筒中筒结构、楼层相邻上层的侧向刚度比进行计算，结果显示：本层和相邻上层的比值超过0.9，本层层高相对于上层层高为1.5倍时比值不低于1.1。对于结构底部的嵌固层，比值应当在1.5以上，考虑层高修正的楼层侧向比值算法，必须确保楼层刚度满足相应的规范限制要求。在地震弹性时程方面的分析，结构本身带有竖向体型收进、悬挑结构及连体结构等特征，其属于高层混凝土结构设计规范当中比较复杂的一种高层建筑结构，可以采用弹性时程分析的方式进行补充，假设不同楼层的质量集中在楼层位置，应用分层模型、弹性多质点体系，可以在体系结构分析当中加入地震波，得到结构不同点的速度、位移及加速度的反应，并通过位移反应计算结构的内力，结果显示结构基底剪力平均值超过振型分解反应谱法的80%，部分层楼的层间剪力低于地震波对于平均层间剪力曲线。

3 结语

整层钢桁架悬挑连廊的刚度相对比较大，可以促使悬挑楼层抗剪能力显著提升。设计期间悬挑连廊所在的楼层和下部楼层的竖向构件当中设置型钢柱或提升柱截面，可以有效降低过渡层抗剪承载力突变风险。在结构设计中应当尽可能降低悬挑结构的质量，预防因为悬挑连廊的质量过大而导致附加质量偏心问题的发生，从而导致主体结构形成附加的扭转效应，降低悬挑连廊对于主体结构的负面影响。