中庭屋蓋分縫及與塔樓連接方式研究

周珺

摘 要：針對建筑共享空間的中庭屋蓋進(jìn)行研究。當(dāng)外覆玻璃幕墻的較柔的鋼桁架屋蓋連接較剛的塔樓時，屋蓋分縫方式及二者連接方式將對結(jié)構(gòu)受力有較大影響。結(jié)合工程實(shí)例，選用不同屋蓋分縫方式及其與塔樓連接方式，通過對塔樓及屋蓋的內(nèi)力、位移、模態(tài)等參量綜合比較，確定最優(yōu)連接方案。

關(guān)鍵詞：中庭屋蓋;鋼桁架;分縫;塔樓連接

1 工程概況

本工程主體為中部相互連接的三幢一字型塔樓，高約48m，框架核心筒體系，設(shè)防烈度7度，設(shè)計地震加速度010g，地震分組為第一組，場地特征周期為0.9s（多遇地震）和1.1s（罕遇地震）。中庭位于主樓一側(cè)，在塔樓五至六層有中庭坡屋蓋連接，屋蓋由鋼桁架組成，一端連接塔樓，另一端由長鋼柱支撐地面，外覆玻璃幕墻。

2 方案選型

中庭鋼柱高23m，外徑600mm，壁厚20mm，鋼材為Q345，立柱主桁架高1500mm，次桁架高900mm。塔樓間連接的鋼管梁截面為400×200×20。采用ETABS軟件模擬。

試算方案屋蓋通過抗震縫分割，支撐幕墻的主體結(jié)構(gòu)采用“7”型鋼架，其頂面與主體鉸接，在各塔樓間分開，無任何連接，見圖1，此方案優(yōu)點(diǎn)是：各部分屋蓋與相應(yīng)塔樓單獨(dú)變形且受力清晰，缺點(diǎn)是屋蓋被抗震縫分割，易漏水且不美觀，屋面在地震下位移較大。

方案二屋蓋不分割，同塔樓整體相連。優(yōu)點(diǎn)是屋蓋結(jié)構(gòu)完整不易漏水。缺點(diǎn)是與各塔樓變形、受力相互影響，設(shè)計難度大。

分析發(fā)現(xiàn)屋蓋各自獨(dú)立時地震力下位移較大，不宜采用。因此僅考慮屋蓋作為整體。

綜上考慮方案一：屋蓋與所有塔樓相連;方案二：屋蓋只與中部塔樓鉸接，與其他塔樓用滑移支座連接，考察各塔樓中間桿件最大軸力在水平地震反應(yīng)譜下內(nèi)力變化。

由表1，方案一在地震和溫度作用下內(nèi)力較大。方案2由于約束有限，在地震下位移較大。

隨機(jī)選取首層和第五層的五個桿件統(tǒng)計，對比單獨(dú)塔樓下和方案二的內(nèi)力見表2。抽樣顯示70%桿件內(nèi)力變化10%以上，說明方案二在小震下中部塔樓桿件內(nèi)力變化較大，不宜采用。

鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范水平位移限值L/300（mm），鋼管最小長度21.8m，水平位移限值72.6mm，因此方案二地震下Y向位移過大，不宜采用。

綜上：方案一由于屋蓋與所有塔樓相連，位移較小。但屋蓋鋼構(gòu)件內(nèi)力較大，尤其塔樓間的屋頂桿件極易在地震下受壓屈曲，且溫度應(yīng)力也較大。

方案二的屋蓋只與中間塔樓鉸接，由于約束有限，屋蓋在離中間塔樓遠(yuǎn)端側(cè)向變形很大;且中間塔樓主體構(gòu)件地震內(nèi)力增加。

總結(jié)可知當(dāng)塔樓給屋蓋約束越大屋蓋構(gòu)件內(nèi)力越大，當(dāng)塔樓給屋蓋約束小，則屋蓋側(cè)向剛度不夠，導(dǎo)致側(cè)向變形較大。因此需要方案優(yōu)化。

3 方案優(yōu)化

為使塔樓和屋蓋相對獨(dú)立，采用在塔樓上立鋼柱來支撐上部屋蓋，當(dāng)兩塔樓發(fā)生相互運(yùn)動時，由于鋼柱相對剛度較小，傳至屋蓋桿件內(nèi)力也不大;且屋蓋側(cè)向運(yùn)動對各塔樓內(nèi)力、位移影響較小，甚至可忽略。中庭幕墻高24m，鋼柱除柱腳與塔樓連接，柱身與塔樓無任何結(jié)構(gòu)聯(lián)系，從而可減輕地震下屋蓋和主結(jié)構(gòu)間的相互影響，也避免了較大附加溫度內(nèi)力。

由上，方案三可有效減小結(jié)構(gòu)在地震下x方向位移角。方案三有微小優(yōu)勢。

由上，兩方案內(nèi)力無顯著區(qū)別，即本方案對塔樓內(nèi)力影響較小，較為適合。

4 結(jié)論

通過中庭屋蓋分縫與塔樓連接方式的對比發(fā)現(xiàn)，塔樓給屋蓋約束太剛則屋蓋應(yīng)力大，塔樓給屋蓋約束太柔則屋蓋側(cè)向剛度不夠，用鋼柱連接二者可減小屋蓋側(cè)向運(yùn)動對塔樓內(nèi)力、位移的影響。連接方式應(yīng)綜合考慮對屋蓋內(nèi)力及位移影響、對塔樓模態(tài)、位移及內(nèi)力的影響及施工難度。本文所述鋼柱連接方式具有推廣應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]莊革勝.中庭結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計[J].工程抗震，2002（01）.