中山某产业园连体结构设计_刘春艳.pdf

广东土木与建筑GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2023年2月第30卷 第2期FEB 2023Vol.30 No.2DOI:10.19731/j.gdtmyjz.2023.02.011作者简介：刘春艳（1978-），女，硕士，高级工程师，主要从事工程抗震研究和装配式建筑结构设计工作。E-mail：1项目概述中山某产业园位于广东省中山市翠亨新区，地上建筑面积52万m2，总建筑面积64万m2，共18栋单体建筑，主要为生产用房，最高建筑高度为49.55 m，建筑效果如图 1 所示。其中，5#楼、13#楼、14#楼、15#楼分缝后L 型生产厂房为超限结构，此 4栋厂房完全相同，以14#塔楼为例进行分析，塔楼地上9层，地下1层，标准层建筑层高为 4.8 m，建筑高度为 46 m，建筑面积约3.3万m2，14#塔楼局部立面如图2所示。2结构选型和计算参数拟建场地位于中山市，根据 建筑抗震设计规范：GB 5001120101，本地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组属第一组，类场地2，场地特征周期0.45 s。大震分析特征周期0.50 s，地震作用计算时采用规范值。基本风压为0.7 kN/m2，体型系数1.43。2.1结构布置和选型本工程地下室及塔楼采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙体系，剪力墙主要设置在电梯间及平面对称位置4，结构三维模型如图3所示。连体结构：连体跨度25.2 m，宽度25.5 m，连接体与塔楼连接形式一般可分为两类，刚性连接和柔性连接。柔性连接，连接体受中山某产业园连体结构设计刘春艳，陈林（广东省建科建筑设计院有限公司广州510500）摘 要：多层连体结构一般采用钢结构桁架，自重轻，抗剪承载力比容易满足，且协调两塔楼变形能力较好。大震弹塑性时程分析显示结构主要由剪力墙和梁构件产生塑性耗能；温度对连体部位构件的影响较小，连体结构的内力主要以竖向荷载为主；钢桁架和型钢混凝土柱的连接节点在不利地震作用下，混凝土受压区刚度退化较少，节点区的应力较小，结构安全可靠。关键词：连体结构；风振舒适度；钢桁架强连接；弹塑性时程分析；温度影响中图分类号：TU973+.2文献标志码：A文章编号：1671-4563（2023）02-044-05Design of Conjoined Structure of a Industrial Park in Zhongshan CityDesign of Conjoined Structure of a Industrial Park in Zhongshan CityLIU Chunyan，CHEN Lin（Jianke Architectural Design Institute of Guangdong Province Co.，Ltd.Guangzhou 510500，China）AbstractAbstract：Multi-layer connecting structure generally adopts steel structure truss with dead-weight，the shear bearing capacity ratio easy tomeet，and the coordination of the deformation ability of the two towers is good.Through large shock plastic time course analysis，the structure mainly produces plastic energy consumption by shear walls and beam components；considering the influence of temperature on the jointsite components，the analysis results show that the internal force of the joint structure is mainly vertical load；the connection node of steeltruss and type steel concrete column is under adverse seismic action，with less stiffness degradation of the concrete compression area，thestress in the node area small，and the node domain is safe and reliable.Key wordsKey words：connecting structure；wind vibration comfort；strong connection of steel truss；eastoplastic time course analysis；temperature influence图1建筑整体效果Fig.1Overall Rendering of the Building图214#楼局部立面Fig.2Local Elevations of 14#Building连体部分平台上的低密度44刘春艳，等：中山某产业园连体结构设计FEB 2023 Vol.30 No.22023年2月 第30卷 第2期力较小；刚性连接，连接体受力复杂，两侧塔楼需协调变形及受力5。本项目结合建筑使用功能需求及结构受力特点，连体结构采用刚性连接，5层采用斜腹杆钢结构桁架，69层采用空腹桁架，以适应大跨度的需求。5 层上、下弦杆截面分别为 H6005002040 和H7004002040，5 层以上弦杆截面为 H4002501224，斜腹杆和直腹杆截面为口 45045024，连体桁架剖面如图4所示，连体相关范围（14-E14-K轴）楼板厚度为150 mm，上、下弦及腹杆钢材强度等级为Q345。2.2连体方案对比钢筋混凝土连接体自重大，连接体底层模板受力大，而钢结构连接体自重小，连接体底层桁架在地面拼装完成后，采用整层吊装，安装完成后再施工连接体的其余几层，施工难度低5。本工程先采用型钢混凝土结构和钢结构两种方案进行对比；连体5层采用型钢混凝土结构，上弦杆截面为800400（钢骨H4002002030），下弦杆截面为 1 000700（钢骨 H5003002030），斜 腹 杆 和 直 腹 杆 截 面 均 为 600600（H3003002040），5层以上柱和梁均采用混凝土，柱截面为600600，梁截面为300900，结构剖面如图5所示；钢结构连体 5层上、下弦杆截面分别为 H6005002040 和 H7004002040，5 层以上弦杆截面为 H4002501224，斜腹杆截面均为口50050028，直腹杆截面为45045024 结构剖面如图 6所示。5层以上型钢混凝土土和钢结构桁架方案对比如表 1所示，可知，混凝土方案最大位移较大，抗剪承载力较小，存在薄弱层且自重较大，采用高支模费用较高，因此选择钢结构方案较为理想，且协调两塔变形能力较好。连体结构钢桁架的布置方式种类较多6，本项目采用三类钢结构桁架方案进行计算对比，如图7所示；方案A在5层两端采用V型支撑，中间加一根竖腹杆，方案B采用空腹桁架，此方案一般符合建筑要求，方案C在5层采用V型支撑；对比3种方案连体部分及周边支撑梁柱模板图可知，3种不同方案710层连体部分平面梁板结构布置完全一样，56层转换桁架的布置方式不同，方案A和方案C截面基本一样，方案B型周边支撑连体的型钢混凝土柱和连接连体的梁均比其余两种方案截面大；3种方案整体计算结果及用钢量对比如表2所示。图4连体桁架剖面Fig.4Conjoined Truss Profile（m）图5混凝土桁架立面Fig.5Concrete-concrete Truss Elevations图6钢结构桁架立面Fig.6Steel Structure Truss Elevations（m）型钢混凝土柱22.000（5F）26.800（6F）型钢混凝土柱H700400204041.200（9F）46.000（10F）31.600（7F）36.400（8F）45045024245005002828500500282850050028285005002828H600500204050050028285005002828H5003001624H5003001624H5003001624H5003001624表1计算结果及造价对比Tab.1Calculation Results and Cost Comparison桁架方案混凝土钢结构T1/s1.8311.920Tt/s1.5711.770T1/Tt0.8580.840桁架最大弹性挠度/mm21.8017.32用钢量/t197.7463.7最大位移比1.46（6）1.20（6）抗剪承载力比0.38（4）2.79（5）0.68（4）0.95（5）图3结构三维模型Fig.3Structural 3D Model型钢混凝土柱22.000（5F）26.800（6F）H6005002040型钢混凝土柱45045024244504502424400400202045045024244504502424型钢混凝土柱22.000（5F）26.800（6F）型钢混凝土柱900300600600（H3003002040）600600（H3003002040）600600（H3003002040）600600（H3003002040）600600（H3003002040）1000700（H5003002030）90030080030090030060060060060041.200（9F）46.000（10F）31.600（7F）36.400（8F）45广东土木与建筑FEB 2023 Vol.30 No.22023年2月 第30卷 第2期3种方案的对比结果显示，方案B用钢量最大，弹性挠度也最大，支撑桁架周边的型钢混凝土柱和梁截面都比较大，一定程度上影响建筑使用功能；方案C桁架整体刚度最大，由于刚度不均匀导致位移比超过文献 3 限值较多.经比较，方案A的用钢量相对较小，位移比和弹性挠度均在文献 3 的允许范围内，最终选择方案A。3大震弹塑性分析塔楼主屋面高度为46 m，未超过7度A级高度框架-剪力墙高层建筑的最大适用高度120 m；考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2，平面凹凸尺寸大于相应边长的30，相邻层刚度变化大于70%（按 高层建筑混凝土结构技术规程：JGJ 320107考虑层高修正时，数值相应调整）或连续3层变化大于80%，5层以上连体，存在上述四项目一般不规则，属于超限高层建筑工程。根据塔楼的超限情况、结合其具体结构特点，总体抗震性能目标为C级，按照 高层建筑混凝土结构技术规程：广东省标准DBJ 15-9220138对本工程进行弹塑性时程分析。本工程采用PKPM-SAUSAGE软件进行弹塑性时程分析，时程分析选取1条人工波和2条天然波进行，地震波峰值加速度为220 cm/s2，计算持时20 s。3个分量峰值加速度采用 090竖向=1.0 0.85 0.65。SAUSAG 分析前三周期为 2.059（0），1.816（90），1.590（扭转），与盈建科的差别分别为7.87%、4.46%和0.25%，SAUSAGE模型各节阶阵型振动方向与YJK计算结果一致。性能分析评价如图8、图9所示，大震性能分析主要结论如下：结构最大弹塑性层间位移角0方向为1/182，45主方向最大层间位移角为1/197，90方向为 1/137，满足文献 8 1/125限值。在三向地震作用下，结构整体刚度的退化没有导致结构倒塌，满足“大震不倒”的设防要求。4楼板舒适度分析连廊结构在承受和传递竖向力的同时，将水平力传递和分配给两侧的抗侧力构件，协调