钢结构连廊柔性连接设计

志成广场钢结构连廊柔性连接设计陈伟军(广州市城市规划测量设计研究院，广州)带走廊的建筑结构是现代建筑常用的建筑结构形式。 在地震的影响下，连接的两个主体的动力特性，由于走廊的存在而引起连接现象，连接部位的应力变得非常复杂。 连廊结构受地震影响容易脱离主体结构，发生整体倒塌现象，国内外地震灾害现象证实了这一点。 分析整个连廊在地震中倒塌的原因的话，大部分是因为连廊支撑结构被破坏，连廊的位移太大，连接部被破坏。 因此，连接节点的设计和处理是连廊结构的关键。 在志成广场的设计中阐述了采用连廊和主体结构柔性连接的方案，改善了连廊连接部位的复杂应力状态，在连廊和主体结构之间合作，提高了整体结构的抗震性能，对行业有一定的参考价值。关键词钢链、柔性链、橡胶支架、有限元分析一、工程概况志成广场是广东伟志成房地产开发有限公司建造的高级办公楼。 该工程包括两个办公楼，位于广州市广园东路沙河立交东端，瘦狗岭南麓。 办公楼的上部结构为13层，地下室为4层，建筑物总高度为49.85m (从南室外地坪计算)，结构类型为钢筋混凝土框架结构，长宽比不到2.67，满足规范要求。 办公楼在立面和平面上比较规则均匀，其主体结构由两个平面为矩形的钢筋混凝土框架结构构成，两个框架结构之间为顶层(上部结构的第13层)，由长24m、宽18m的钢结构连廊连接，连廊和主体结构之间为8个橡胶制柔性图1志成广场办公楼的建筑效果图二、有限元分析(1)柔性支架计算参数柔性支撑台应该满足垂直支撑能力的要求，在水平地震的影响下，受地震和风载荷的影响，柔性支撑台承受的力应该尽可能在弹性范围内，大地震时柔性支撑台的位移的最大位移必须控制在其允许范围内。 表1是选定的柔性支撑台LRB500 USVF-500-G6相关参数。表1柔性支架计算参数型号LRB500 USVF-500-G6纵向刚性(kN/mm )1526设计载荷(kN )1807一次形状系数25.2二次形状系数5.3形状尺寸橡胶外径(mm )490铅芯直径(毫米)100橡胶总厚度(毫米)92.5产品高度(毫米)164水平变形50%水平等效刚性(kN/mm )2.843二次刚性(kN/mm )1.429等效衰减比(% )29水平应变100%水平等效刚性(kN/mm )1.908屈服前刚性(kN/mm )7.812屈服后的刚性(kN/mm )1.202屈服力(kN )65.3衰减比(% )22.4水平变形250%水平等效刚性(kN/mm )1.238二次刚性(kN/mm )0.956衰减比(% )14.2(2)设计要求1 .在小地震、风荷载和温度荷载的作用下，柔性支撑台的位移能满足建筑设计要求2、在大地震中满足柔性支撑台的位移=392.5=277.5mm，且0.55=0.55500=275mm柔性支架的垂直负荷满足设计负荷=1807kN志成广场办公楼的主体结构为钢筋混凝土结构，连廊采用钢结构。 柱和梁采用框架构件的模拟，棒和棒之间刚接合。 使用非线性特性的isolator1单元来模拟连廊和主体结构之间的柔性支撑台，参照图2。 单元参数按表1的内容严格输入。 图3是带连廊结构的整体SAP模型图。图2 SAP 2000非线性isolator1单元图3志成广场带连廊结构SAP计算模型三维图(3)柔性支撑台用风荷载和温度荷载计算1 .通过风荷载计算基本风压： 0.55kN/m2地面粗糙度类别： c类围护结构高： 3.6m考虑到连廊在顺桥方向上受到的风负荷小，本报告只进行连廊侧的风上侧风负荷的计算，计算根据建筑结构荷载规范 (GB 50009-2001 )和高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ3-2002)(J186-2002 )的风负荷的内容。 计算公式如下24000xy连廊本馆本馆1357246818000式中为高度处的阵风系数、风荷载体型系数、高度z处的风压高度系数、基本风压、风荷载标准值。 表2显示的是连廊风负荷风上面(y方向)的计算结果。 表中显示了单一连廊总风荷载的标准值，(50% )显示了单一连廊弹性图4弹性支撑台编号支撑台的变形为50%的总等效刚性，是因风荷载引起的柔性支撑台的水平剪切变形。 连廊和柔性支架号码如图4所示。表2连廊风荷载风上面(y方向)的计算结果连廊号码(m )(kN/m2 )(kN/m2 )(PS )(50% )(PS /毫米)(mm )143.20.551.171.31.761.47127.222.745.59满足建筑设计的要求。2 .根据温度负荷计算为了简化计算，将连廊简化为轴构件，计算温度载荷引起的轴向变形，温度变化以20C变化进行水平变形计算，温度线膨胀系数为126(mm )各柔性支架顺桥方向的水平变形为5.76mm，满足设计要求。(4)带连廊整体结构的动力特性计算在主体结构的底部施加固定约束，在连廊和主体结构的连接部设置非线性单元isolator1，用SAP2000进行动力特性的计算，在小地震中得到连廊整体结构模型110层振动型的自振周期。1、结构小地震反应计算用时间分析法对带连廊的整体结构进行了小震计算。 输入地震波时，y方向和x方向的输入波峰值的比率是1:0.85。 图5是柔性支撑台7输入小震Taft地震波时的水平剪切力水平剪切变形的滞后曲线。图5小震Taft波引起的x方向剪断力-变形曲线图6大震El Centro波引起的y方向剪断力-变形曲线2、结构大地震反应计算还采用时间分析法，加速度振幅达到2.20m/s2，带有走廊的整体构造进行了大地震计算。 输入地震波时，y方向和x方向的输入波峰值的比率是1:0.85。 图6是柔性支撑台7输入大地震El Centro地震波时水平剪切力水平剪切变形的滞后曲线。三、结果分析从以上的分析可以看出(1)在小地震El Centro波、Taft波和场所波的双向地震中，8个柔性支撑台的垂直承载力的最大值为814.68 kN，x方向水平剪切力的最大值为59.41kN，x方向水平位移的最大值为6.57mm，y方向水平剪切力的最大值为39.04kN，y方向水平(二)、大地震El Centro波、Taft波和场所波双向地震中，8个挠性支撑台的垂直承载力的最大值为922.68 kN，x方向水平剪切力的最大值为169.93kN，x方向水平位移的最大值为78.65mm，y方向水平剪切力的最大值为225.74kN四、灵活安装节点的详细情况关于柔性支撑台的力学性能如表1所示，图7、图8是柔性支撑台的大小和下埋入板的详细图。 各连廊的两端设有4个柔性支撑台LRB500 USVF-500-G6，柔性支撑台的一端与连廊的纵主梁连接，另一端与从主体结构突出的牛腿连接，柔性支撑台与连廊，主体结构都用8.8级M30的高强度螺栓连接， 为了使挠性支撑台能在地震中在水平方向自由变形，主体结构和连廊必须与挠性支撑台连接，在挠性支撑台的周围留有200mm的间隙，从垂直固定物的脱离距离必须在15mm以上。 为了防止柔性支撑台在罕见的地震中发生过大的位移，在柔性支撑台的四角设置了阻尼挡块。 图9是挠性保持件与主体结构、连廊的连接节点的概略图。图7柔性支架的大小图8柔性支撑台埋入板的大小图9柔性支撑台与主体结构、连廊连接节点的样品图参考文献(1)周福霖。 工程结构减震控制。 北京：地震出版社，1997年(2)徐培福等。 复杂高层建筑结构设计。 北京：中国建筑工业出版社，2005年(3)陈富生等。 高层建筑钢结构设计。 北京：中国建筑工业出版社，2000(4)沈祖炎等。 海峡两岸及香港