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中庭屋盖分缝和塔楼连接方式探究

2020-11-17 201 上传者：管理员

摘要：针对建筑共享空间的中庭屋盖进行研究。当外覆玻璃幕墙的较柔的钢桁架屋盖连接较刚的塔楼时，屋盖分缝方式及二者连接方式将对结构受力有较大影响。结合工程实例，选用不同屋盖分缝方式及其与塔楼连接方式，通过对塔楼及屋盖的内力、位移、模态等参量综合比较，确定最优连接方案。

关键词：
中庭屋盖
分缝
塔楼连接
建筑设计
钢桁架
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1、工程概况

本工程主体为中部相互连接的三幢一字型塔楼，高约48m，框架核心筒体系，设防烈度7度，设计地震加速度0.10g，地震分组为第一组，场地特征周期为0.9s(多遇地震)和1.1s(罕遇地震)。中庭位于主楼一侧，在塔楼五至六层有中庭坡屋盖连接，屋盖由钢桁架组成，一端连接塔楼，另一端由长钢柱支撑地面，外覆玻璃幕墙。

2、方案选型

中庭钢柱高23m，外径600mm，壁厚20mm，钢材为Q345，立柱主桁架高1500mm，次桁架高900mm。塔楼间连接的钢管梁截面为400×200×20。采用ETABS软件模拟。

试算方案屋盖通过抗震缝分割，支撑幕墙的主体结构采用“7”型钢架，其顶面与主体铰接，在各塔楼间分开，无任何连接，见图1，此方案优点是:各部分屋盖与相应塔楼单独变形且受力清晰，缺点是屋盖被抗震缝分割，易漏水且不美观，屋面在地震下位移较大。

图1方案一

图2方案二

方案二屋盖不分割，同塔楼整体相连。优点是屋盖结构完整不易漏水。缺点是与各塔楼变形、受力相互影响，设计难度大。

分析发现屋盖各自独立时地震力下位移较大，不宜采用。因此仅考虑屋盖作为整体。

综上考虑方案一:屋盖与所有塔楼相连;方案二:屋盖只与中部塔楼铰接，与其他塔楼用滑移支座连接，考察各塔楼中间杆件最大轴力在水平地震反应谱下内力变化。

表1方案一和方案二在地震和温度作用下内力和位移对比

由表1，方案一在地震和温度作用下内力较大。方案2由于约束有限，在地震下位移较大。

随机选取首层和第五层的五个杆件统计，对比单独塔楼下和方案二的内力见表2。抽样显示70%杆件内力变化10%以上，说明方案二在小震下中部塔楼杆件内力变化较大，不宜采用。

表2双向地震下杆件内力对比

钢结构规范水平位移限值L/300(mm)，钢管最小长度21.8m，水平位移限值72.6mm，因此方案二地震下Y向位移过大，不宜采用。

综上:方案一由于屋盖与所有塔楼相连，位移较小。但屋盖钢构件内力较大，尤其塔楼间的屋顶杆件极易在地震下受压屈曲，且温度应力也较大。

方案二的屋盖只与中间塔楼铰接，由于约束有限，屋盖在离中间塔楼远端侧向变形很大;且中间塔楼主体构件地震内力增加。

总结可知当塔楼给屋盖约束越大屋盖构件内力越大，当塔楼给屋盖约束小，则屋盖侧向刚度不够，导致侧向变形较大。因此需要方案优化。

3、方案优化

为使塔楼和屋盖相对独立，采用在塔楼上立钢柱来支撑上部屋盖，当两塔楼发生相互运动时，由于钢柱相对刚度较小，传至屋盖杆件内力也不大;且屋盖侧向运动对各塔楼内力、位移影响较小，甚至可忽略。中庭幕墙高24m，钢柱除柱脚与塔楼连接，柱身与塔楼无任何结构联系，从而可减轻地震下屋盖和主结构间的相互影响，也避免了较大附加温度内力。

图3剖面图

表3方案三内力和位移对比

图4层间位移角比较

由上，方案三可有效减小结构在地震下x方向位移角。方案三有微小优势。

表4杆件内力对比

由上，两方案内力无显著区别，即本方案对塔楼内力影响较小，较为适合。

表5模态对比

表6屋盖分缝方式

经综合对比，方案三优势明显，优化结果显著。

4、结论

通过中庭屋盖分缝与塔楼连接方式的对比发现，塔楼给屋盖约束太刚则屋盖应力大，塔楼给屋盖约束太柔则屋盖侧向刚度不够，用钢柱连接二者可减小屋盖侧向运动对塔楼内力、位移的影响。连接方式应综合考虑对屋盖内力及位移影响、对塔楼模态、位移及内力的影响及施工难度。本文所述钢柱连接方式具有推广应用价值。

参考文献：