李家涛
（成都天华西南建筑设计有限公司 成都 610016）
摘要：随着建筑结构的功能要求日益复杂，大跨桁架钢结构在工程设计中的应用越来越广泛，其中一个较为常见的形式就是钢连廊。在结构设计中钢连廊不仅需要满足强度、挠度、稳定性以及舒适度要求，还应考虑地震作用下连廊结构两侧主体结构的动力特性差异，而支座防震缝的合理设计可以减少地震作用下两侧主体的差异对连廊的影响。本文结合实际工程，主要从静力分析、地震响应、舒适度和支座防震缝设计几个方面对柔性连接的钢连廊进行了分析和研究，为类似工程提供相关参考。
关键词：柔性连接；静力分析；地震响应；舒适度；
1工程概况
某大型商住项目两个地块之间的商业建筑在第二层采用空中连廊相连，连廊一侧主楼地上16层，其中首层至三层为商业，三层以上为住宅；另一侧主楼地上16层，其中首层至五层为商业，五层以上为住宅。地块之间连廊长度约36m，空间宽度6.0m（净宽5.0米），最低点要求距离市政道路最低高度不小于5m，经讨论和各方比选后采用钢桁架结构体系，楼面板采用压型钢板混凝土组合楼板。
2工程概况钢连廊设计方案及分析内容
2.1钢连廊设计方案
本工程案例中连廊跨度为36m，采用钢桁架结构形式。设计方案如下图1所示。
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图1 钢桁架结构设计方案示意图
2.2分析内容
本文针对钢结构连廊进行了如下系统的分析：
首先，根据初步确定的结构布置以及支座形式，分析水平地震与竖向地震共同激励下的结构反应，总结其应力比及位移控制要点；
其次，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中相关规范要求，分析其舒适度，并归纳设计步骤及注意要点；
最后，考虑地震作用下相邻两栋楼的动力特性差异，采用两种方式进行防震缝设计合理设计防震缝。
3罕遇地震下连廊内力计算分析
3.1计算模型
（1））支座形式
为了减小钢连廊与其两侧主体在地震作用下的相互影响，减少连廊水平甩动导致连接支座处水平拉压力较大导致牛腿截面和配筋较大。本工程连接方式采用柔性连接，一端采用橡胶支座，一端采用滑动支座。同时，参考徐培福《复杂高层建筑结构设计》中的相关内容，以及考虑到本工程中连廊结构自身跨度较大，水平和竖向地震作用影响较大，故选用夹层钢板橡胶支座。表1是所选用的柔性支座相关参数。
表1 橡胶支座计算参数
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（2）杆件截面及荷载作用
本工程案例中钢连廊的弦杆和腹杆均采用H型钢，材质Q345，截面特性见表2，钢连廊主要考虑恒载、活载、风荷载、以及地震作用这几种荷载工况。
表2构件截面
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3.2计算结果
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图4 钢桁架对称结构位移图（一半）
考虑地震作用下钢连廊的结构特性，考察应力比和挠度两个主要指标，分析结果如下：最大应力比为0.67，跨中最大挠度为43mm，满足相关设计要求。
4连廊舒适度分析
设计中结构自身不仅需要满足强度、挠度以及稳定性要求，还需考虑其整体舒适度。一般情况下，人对楼盖振动的反应与楼盖振动的幅值、人所处的环境、人自身的活动状态、以及人的心理状态都有关系。因此，对人员行走引起的楼盖结构的舒适度评价标准，主要分为两种：结构本身的最小自振频率和结构的振动加速度。
4.1钢连廊最小自振频率
根据《城市人行天桥与人行地道技术规范》中的相关规定：为避免共振，减少行人不安全感，天桥上部结构竖向自振频率不应小于3Hz。对本工程中的连廊结构进行特征值分析后，得到其竖向第一自振频率为3.35Hz，满足要求。结果如图5所示。
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图5 第一自振频率图
4.2楼盖振动加速度
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图7 跨中7节点加速度计算结果
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中关于一般民用建筑设计时采用的楼盖振动加速度限值的规定，最不利情况为考虑多人原地连续踏步，分析时采用在钢连廊跨中施加节点激励进行模拟，本次设计考虑了20人在跨中同时施加激励，其时程函数图如图6所示，跨中7节点的加速度计算结果如图7所示，由图中可以看出，平稳状态下跨中最大加速为0.09m/s2,计算结果远小于规范限制值0.15（由线性插值而得）。
5连廊与主体结构连接设计
（1）防震缝宽度确定方案一
为防止大震作用下滑动支承的架空连廊撞击或滑落的震害，其最小支座宽度应能满足架空连廊两侧主体结构大震作用下该高度处弹塑性水平变形要求。考虑到大震下防震缝两侧的高层建筑物可能发生碰撞损坏，防震缝宽度由弹性中震水平位移控制。由于两侧主体结构在地震作用下的最不利和最大相对变形不一定同时到达，参考IBC2003《美国建筑规范》第1620.4.5条，采用随机振动方法，经分析连廊最大水平位移不大于46mm，故架空连廊与两主体结构在连廊跨度方向防震缝宽设计为59mm。
（2）防震缝宽度确定方案二
建立整体模型，采用连接单元并限制竖向位移模拟双向滑动支座，经分析计算，在罕遇地震作用下支座节点位移为114mm。
结合以上两种计算方法，最终确定防震缝宽度为150mm。
6结语
本文中钢结构连廊一端采用柔性的夹层钢板橡胶支座，另一端采用双向滑动支座，从静力分析、舒适度以及罕遇地震下支座处防震缝宽度设计等几个方面进行分析和研究。由内力计算分析和舒适度分析可知，关键受力钢构件截面的选定，自振频率起到了控制作用，应力比影响相对较小。工程设计中，大跨钢连廊支座形式的不同往往会导致计算模型差异较大，支座形式的选用建议采用建立整体模型进行计算并根据计算结果进行防震缝设计。本文所涉及的分析内容以及分析结果希望为类似工程提供一定的参考。
参考文献
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