带连廊高层剪力墙结构的抗震设计探究

张明

（山东省建筑设计研究院有限公司泰安分院，山东泰安271000）

1 引言

连廊不仅能提升建筑的美观性，使建筑立面造型更加新颖突出，还有较好的采光性和较宽阔的视野，因此，逐渐受到人们的欢迎。而在对连廊进行设计时，需要确保建筑的抗震性能，给建筑建构的设计带来了很大的挑战。

2 剪力墙概论

剪力墙又被称为结构墙、抗震墙、抗风墙，分为筒体剪力墙和平面剪力墙。筒体剪力墙主要应用于高耸结构、高层建筑以及悬吊结构，由楼梯间、电梯间、辅助用房和相关设备间隔墙组成。筒体剪力墙的筒体材料为钢筋混凝土，相比于平面剪力墙，其能够承受更大的水平荷载。平面剪力墙主要用于无梁楼盖、升板结构、钢筋混凝土结构中，能够有效提升相应结构的强度和刚度，提高结构抗倒塌能力。在某些结构中，通过现场浇筑或者预制构件的形式建设钢筋混凝土剪力墙。以现浇形式建设剪力墙时，需要同周边柱、梁一同浇筑，以确保房屋结构整体性。

3 连廊部位弹性分析与设计方法

3.1 小震弹性分析

对剪力墙进行抗震设计时，通常选择小震弹性分析，采取振型分解反应谱法，计算出连廊两侧梁板配筋，在设计时需相应加强连廊板设计，选用的连廊板厚度为500㎜，配筋需要按照板厚最小的配筋率进行设置[1]。

3.2 中震弹性设计

中震弹性设计主要是对某些连廊结构的超限情况进行测试，在抗震设计中采用中震弹性设计加以补充计算，也是采用振型分解反应谱法，通过把地震作用加速度的峰值提升至中度震动水平，相当于小震的2.9倍，把连廊板设置为弹性板计算有限元，计算出在中震作用下弹性板应变结果。通过分析混凝土拉应力确定楼板开裂情况。

4 动力弹塑性时程分析方式

对于超限结构，需进行建筑结构弹塑性抗震分析，通过时程分析方式加载地震波，获取结构在受到地震作用影响时由静止状态到发生最大变形的形态信息，对全过程进行观察，从而了解建筑结构在地震作用下每一个时间点存在的地震效应，对结构进行大震作用下的弹塑性分析，能够准确模拟出柱、梁、支撑、楼板、剪力墙等各个结构构件的非线性性能，更加清晰地分析出结构各个构件在弹塑性时期所产生的地震响应及损失情况。时程分析法是对结构物运动的微分方程进行逐步积分求解的方法。通过时程分析能够得到各质点随着时间变化的位移、速度和加速度反应，实现构件内力和变形的时程变化计算，时程分析法是当今阶段对结构进行地震反应相关分析较为有效、完善、可行的方法。其特点主要表现为3个方面：（1）具有动力时效特征，在对结构进行分析时，直接利用仪器将模拟地震波传输至相应的结构进行时效性分析，能够较为清晰、直接地反映在不同工程状况下结构内应力的分布情况；（2）几何方面非线性，结构动力的平衡方程是建立在结构发生变形后的几何状态上，能够精准地分析出非线性屈曲效应、P-Δ效应（P为荷载；Δ为水平位移）、大变形效应；（3）动力方程积分方式，通过显式积分，能够精准地模拟出结构损坏和直到倒塌的形态。

5 带连廊高层剪力墙结构的抗震设计实际案例分析

5.1 工程概述

某建筑群是用于商业办公的高层建筑群，其中的2#和4#公寓属于超高层建筑，分别为52层和27层，建筑高度分别为197 m和104 m，4#公寓的顶层和2#公寓的27层之间建设有空中连廊结构连接2栋公寓。2#和4#公寓都是采用部分框架支撑剪力墙结构，2#公寓加强部位的框架、框支剪力墙的抗震等级都是特一级，非底部加强部位的剪力墙抗震等级是一级，4#公寓底部加强部位的框架、框支剪力墙抗震等级都是一级，非底部加强部位的剪力墙抗震等级是二级。该工程的抗震设防烈度是7度，设计地震的分组形式是第一组设计基本地震加速度是0.10g，特征周期为0.35 s，建筑的场地类别属于二类，基本风压是0.75 kN/m2（在对承载力进行设计时需要按照基本风压的1.1倍进行计算），地面的粗糙程度属于B类，建筑结构的安全等级是二级，风荷载的体型系数选为1.4，建筑的使用年限设为50年，抗震设防类别是丙类。

5.2 空中连廊的结构设置

4#公寓的顶部和2#公寓的27层之间建有连廊相互连接，2栋公寓的水平夹角大致为23°，空中连廊的长度约20.6 m，宽度约13.5~15.5 m，选择空间钢桁架结构，组合楼盖的楼面厚度为150 mm，上层属于建筑的云会所，高度约为8.9 m，楼顶是复杂的曲面结构设计。

5.3 建筑小震弹性分析

2栋公寓之间的连体结构计算选用MB软件，其中，柱、梁选用杆单元，楼板、剪力墙选用壳单元，空中连廊结构选用弹簧连接模拟滑动支座。

5.3.1 模拟分析

整体结构分析结果表明，建筑结构振型基本一致，第一、第二振型主要为结构的两主轴方向的水平运动，第三振型主要是扭矩，需要确保结构具备良好的抗扭刚度，第一水平运动周期和第一扭转周期比值都小于0.85，符合规范要求。通过比较单栋和双栋连体的计算结果可以得出，2#和4#公寓通过连廊连接后可有效提升建筑结构整体刚度，2栋公寓的第一水平运动周期（y方向水平运动）基本一致，第二水平运动周期（x方向水平运动）和扭转振型周期存在一定差别，大约为0.2~0.3 s；4#公寓的第一水平运动周期（y方向水平运动）约0.1 s，属于偏小，第二水平运动周期（x方向的水平运动）和扭转振型的周期存在较小差别，约为0.3~0.4 s。双栋连体的两端滑动与一端滑动、一端刚接的振型基本一致。

5.3.2 最大层间位移角

双栋连接体分析结果表明，公寓楼层间的最大位移角基本一致，造成公寓楼变形的概率较小。在风荷载作用下，2栋公寓的连接体和单栋在x水平方向上的最大层间位移角基本上一致，而在y水平方向2栋公寓的连接体最大层面位移角相比于单栋增加约10%。在地震作用下，2#公寓的连体在x水平方向上相比于单栋公寓的最大层面位移角较大，4#公寓的连体在x水平方向上相比于单栋公寓的最大层面位移角较小，对于y水平方向，2栋公寓的连体相比于单栋的最大层面位移角较大。

5.3.3 楼层剪力

相关统计分析表明，在地震作用下，x水平方向上，两端滑动方案的连廊结构26层剪力相比于27层小580 kN；一端滑动一端刚接方案中，26层剪力相比于27层小630 kN；在y水平方向上，两端滑动方案中，连廊结构公寓26层和37层的剪力基本上一致；一端滑动一端刚接方案中，26层剪的力相比于27层小60 kN。4#公寓的连体无论在x方向还是y方向的剪力都比较小。

6 结语

连廊属于建筑结构中较为薄弱的部分，在对某些高层、超高层建筑的连廊结构进行设计时，更应考虑其抗震性能以及其在地震作用下的建筑结构响应，从而加强连廊和主体的连接，使整体建筑结构更加稳定，保证建筑的使用安全。