「弱連接」連廊結構設計總結

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設計中經常遇見塔樓之間設連廊的情況。根據連接體的具體情況，結構專業可能採取和主體設縫脫開、協調兩側塔樓變形的「強連接」、塔樓變形各自獨立的「弱連接」等方案。本項目為多層商業，商業間採用室外連廊連接，連廊跨度為15m左右。結構採用「弱連接」方案，連廊滑動支承於主體結構上，連廊主體採用變截面H鋼樑+混凝土樓板。現將結構設計相關內容總結如下。

一.結構布置方案：

參考資料：參傅學怡《實用高層建築結構設計》17.3及《複雜超限高層建築抗震設計指南及工程實例》P31、P266。

方案：為保證大震下連廊兩側主體結構的自由變形，採取弱連接方式（強、弱連接應根據兩側主體結構情況，連接體層數、體量等綜合判斷選擇），鉸支+滑動（或者兩端均為滑動），結構主體僅考慮相關荷載即可。

連廊主體結構形式：變截面H型鋼樑、鋼桁架、鋼桁架+上部框架、鋼桁架+懸吊框架，樓面可採用混凝土板或花紋鋼板。

最大滑移量（雙向）計算：大震下兩側結構對應位置的最大位移矢量和。（其餘效應導致的水平位移都不起控制作用）

位移量估算方法：（連廊位置較高、地震烈度較高等較重要情況下，應由大震彈塑性分析得到位移） $Delta 1=2eta Delta _{1E}$

$Delta _{1E}$ ：小震下對應節點1位移；

$eta$ ：大震與小震地震影響係數最大值的比例；

另：2為考慮結構進入塑性後，位移的增大幅度；

最大滑移量(兩側主體結構在地震作用下最不利最大相對變形不一定同時出現，由隨機振動理論，將連廊兩端節點1、2對應位移SRSS組合)： $W_{c} geq sqrt{Delta _{1}^{2}+Delta _{2}^{2} }$

牛腿支座寬b確定原則：保證連廊正負向的自由滑動及最小支承寬度。(書中兩側滑動的情況下， $bgeq W_{c} +b_{c}$ ，bc為連廊最小支承寬度 )

Wc較抗震縫更嚴，由抗規可知：抗震縫寬由彈性中震下水平位移推得。

鉸支側不考慮滑移量，但為便於安裝，與主體間構造留100縫。

二.連廊主體結構設計：

1.結構方案及截面初選：

1）跨高比 L/H≤20，主梁間距（板跨）2~3m；

2）側向支撐間距：可參鋼結構規範梁整體穩定要求，L1/b1≤13；

3）板件局部穩定：翼緣寬厚比b/t≤13sqrt（235/fy），腹板高厚比≤80sqrt（235/fy）（可參16SG519說明內容，涵蓋了各種板件寬厚比）；

4）加勁肋：支座處設支承加勁肋，沿梁跨度設構造加勁肋：0.5h0≤間距S≤2h0，寬度bs≥h0/30+40（一般直接取翼緣寬），厚度ts≥bs/15。

5）變截面梁：端部梁高h1≥h/2，且滿足抗剪。變坡≤1：2.5。轉折處設加勁肋。

（註：變截面梁適用於整體穩定有保證的梁，若梁由整體穩定控制，支座截面減小，其對梁的約束顯著削弱，對整體穩定非常不利，應避免該方案。）

註：連廊鋼樑上為混凝土板，整體穩定可以保證，腹板高厚比滿足且無較大集中荷載作用，局穩也無問題。設次梁作為主梁的側向支撐，按支承間距確定梁翼緣寬b1，腹板設構造加勁肋等措施均為針對大跨度連廊的加強措施。

2.荷載：

恆、活、風、地震（水平、豎向）、溫度

由抗規確定豎向地震作用，溫度應力根據支座方案確定是否考慮。

本項目位於6度區，連廊為低位開敞走廊，端部設滑動支座，因此不考慮豎向地震、溫度、風。

3.構件計算、設計：

1）強度（彎、剪），穩定（整體、局部）；（詳鋼規受彎構件。穩定按前面截面初選內容已能保證，不用計算）

2）變形：撓度Vt、Vq。詳鋼規附錄要求，限值按主梁控制。

撓度不足處理方法：a.起拱（一般可按恆載撓度起拱）；b.考慮組合板

3）舒適度：（詳後續舒適度專題總結）

實質：避免人活動引起結構共振。

A.控制分類：

A.1 行走引起的振動控制

A.1.1 輕鋼樓蓋振動控制：變形——dp≤[dp ]、頻率——fn≥8；
A.1.2鋼、混凝土樓蓋振動控制：頻率——fn≥3、加速度——ap≤[a0]；

A.2 有節奏運動引起的振動控制

頻率——fn≥[fn]、加速度——a≤[a]；

註：舒適度要求可能對截面起控制作用；

按高規條文說明，一般住宅、辦公、商業樓蓋fn≤3時，才需要驗算加速度峰值是否滿足要求。實際設計宜進行雙控，可採用簡化方法計算頻率和加速度。對較複雜、重要樓蓋宜採用動力時程分析計算加速度。

4）加勁肋、栓釘：

a.普通加勁肋：滿足腹板局穩時，構造加，其間距、肋寬、肋厚見前面要求。加勁肋採用構造角焊縫連接即可。為避免焊縫三向相交，加勁肋應切角以保證梁腹板與翼緣的主要焊縫通過。

b.支承加勁肋：詳支座設計相關內容。

c.栓釘：詳鋼規11.3。

計算： $n=V/N_{v}^{c}$

詳規範11.3.1~11.3.4

構造要求：詳11.5.2，11.5.4~11.5.5

5）拼接：鋼樑L>12m時，考慮拼接，避開受力最大處，採用栓焊等強連接。

6）混凝土板計算。

三.支座設計

原則：為避免極端情況下，發生遠大於設防烈度地震的情況，應多重保障。

1.布置：

1）支座允許變形≥最大滑移量（順橋、橫橋向）；

2）限位裝置：可利用兩側結構，或設置限位塊、防墜落拉索等；

3）防撞措施：預留間隙滿足支座滑移，連廊加端板，在結構可能撞擊點設50mm厚橡膠墊等。

4）複位裝置：成品支座或橡膠

另：

a.可考慮阻尼支座，可減震；

b.大體量連廊，支座可選固定鉸、單向滑動、雙向滑動，應參考橋樑支座原理合理選擇及布置不同類型支座。

2.支座計算：

1）鉸支座：承受豎向力、雙向剪力。板件、連接計算。（可參《連接手冊》6.60）。

a.底板面積；b.底板厚度；c.支承加勁肋（需驗算穩定、承壓強度，可參考《鋼規》4.3.7）；

d.加勁肋角焊縫：組合應力（正應力與剪應力組合）；e.與底板角焊縫：由支座反力設計值與總連接焊縫長度計算；f.錨栓計算：與國外規範不同，中國規範錨栓僅受拉，不抗剪。本工程支座不受拉，錨栓構造設置即可。構造要求參《混凝土規範》，錨栓規格與鋼筋不同，一般選M20以上。

2）滑動支座：位置、烈度較高或較重要情況，宜採用成品支座。

設計需提供參數、要求：承載力（壓、拉），滑移量（橫橋向、順橋向），尺寸（平面尺寸、高度）

註：普通板式橡膠支座位移有限，僅適用於釋放大跨結構溫度作用等引起的小變形，根據橡膠支座最大容許剪切角、支座高度可得到最允許滑移量（可參手冊6.78~6.79）。

其他滑動支座可參考《空間網格規程應用》3.9.2或鋼結構教材下P148等形式。荷載、跨度小連廊也可參考樓梯滑動支座做法。設計時注意橡膠支座存在老化、更換的問題。

3.主體相關混凝土支承結構設計：

牛腿尺寸確定：寬——由滑移量及最小支承寬度確定；高——由抗剪及錨栓錨固長度確定；

1）牛腿計算：計算、構造參混凝土規範

根據情況考慮豎向地震作用。牛腿間設梁或厚板，也可通長布置（按挑板結合牛腿公式計算），以提供側滑儲備。

側面設限位裝置（混凝土擋板或短槽鋼等）。

2）錨栓：若無拉力、彎矩，則構造設置（一般≥M20）

3）相關梁、柱設計：將連廊支座反力作為荷載加至結構上，為減小扭矩可採取相應方向設梁平衡、板加腋等措施。

四.其他總結

1.設計時注意角焊縫最大、最小焊腳尺寸及計算長度，螺栓最大、最小間距、邊距等構造要求。

2.鋼結構支座設計要求：可靠將上部結構內力傳遞至下部基礎或結構，同時還可釋放某些內力以避免對下部結構的不利作用。

支座模型：

「隔離體」: 適用於支承結構剛度大、變形小的情況；

「總裝整體模型」：適用於支承結構剛度相對較弱，支承結構與主體結構聯動協調敏感的情況。