大跨度复杂钢结构连廊的设计探讨

庞建军

桂林市建筑设计研究院 广西桂林 541002

1 工程概述

某建筑工程项目，规划设计总建筑面积为25.64 万㎡，其中办公建筑4 座，科研建筑5 座，通过2 组相对的弧形现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构组合而成。其中前弧形为办公楼建筑，后弧形为科研建筑。科研楼之间便于及时交流沟通，亲临现场研究，在六层设置了钢结构空中封闭连廊，连廊跨度为36m，宽度为8m，属于典型的大跨度复杂钢结构连廊，有钢桁架结构组成。

2 复杂钢结构连廊选型要点分析

本工程结构比较复杂，影响因素众多，为满足连廊结构对稳定性和安全性的需求，复杂钢结构连廊选型最好选择钢桁架，因为，连廊结构普遍具有跨度大，宽度小，且多为封闭式通道，钢桁架可以选择两片主桁架，保证所选桁架的高度能够很好的利用连廊高度，但又不会影响建筑的美观性。通常情况下，桁架有两种基本形式，一种是弦杆+斜腹杆+竖腹杆，另一种是弦杆+竖腹杆+斜杆。二者相比，第一种桁架形式具有简洁明快的优点，斜腹杆角度控制在45°为最佳。第二种能够在一定条件下满足建筑立面采用幕墙装饰的要求，且竖腹杆之间的间距和玻璃幕墙块的宽度要呈现倍数关系。桁架弦杆可选择H 型截面，腹杆可以选择H 型截面，也可以选择箱型截面，为满足复杂钢结构连廊设计安全性、经济性的需求，本工程选择了第一种连廊结构。

3 大跨度复杂钢结构连廊的设计思路

3.1 相关参数设计

本工程连廊结构的长度为36m，宽度为8m，设计标高达到59.6m，连廊的屋面钢梁和楼面钢梁都采用H 型热轧钢横截面。为保证设计参数的有效性和针对性，通过专业的计算软件进行分析，计算结果表明，该连廊结构的最大挠度为19.6mm，满足小于90mm 相关标准的要求。计算结果显示，连廊结构全部构件的应力比都小于1.0，强度、承载力等指标也都符合设计要求。在大跨度复杂钢结构连廊中，风荷载设计是非常重要的参数，因为，在风荷载的作用下，连廊结构自身就存在一定的扭转效应[1]。所以，在具体设计时，必须将连廊结构可能受到的风荷载造成的扭转效应考虑到其中。钢结构的特性了一旦发生扭转效应，则和钢结构连接的主体建筑也会发生不对称问题，致使两个主体建筑之间发生相对位移。在本工程连廊结构设计中，采用了MIDAS GEN 软件来计算连廊结构的风荷载，放大倍数是设置为1.1 倍，在Y+和Z-两个方向同时施加一定的风荷载，其中迎面风载体系数为-0.8，背面风载体系数为-0.5，风荷载对连梁结构影响最大的条件下，所承受的最大应力为402MPa，满足了屈服强度的需求，本工程大跨度复杂钢结构连廊设计抗风荷载合理。

3.2 节点设计

连廊结构的特殊性决定了其在使用过程中，会受到风荷载、地震、外界环境变化等因素的硬性，会导致连廊两端的主体建筑发生不同程度的水平位移，此种问题是客观存在的，很难从根本上得到有效规避，但可以通过一系列行之有效的方法，来控制此种位移，避免有效主体建筑的独立关系。在设计中可将两个主体建筑的水平位移区分开来，常用的做法是寻找绞接和滑动连接的方式来连接连廊和两端的主体建筑。此中连接方式，能够保证连廊两端支座都可以提供水平方向和竖直方向上的限制作用。比如：滑动连接端的支座，能够有效承担沿着连廊方向的位移作用，最大作用强度可以按照建筑工作所在地的抗震设防标准进行设计[2]。本工程计算出的最大弹塑性位移变化为147mm。因此，本工程连廊结构滑动连接端支座设计参数为：最大竖向支撑为1600KN，沿着连廊方向的变化位移为160mm，最大转向位移为0.02rad。为满足抗震性的需求，还要在连廊两端节点的位置宽度不小于120mm 的抗震缝，并在节点位置要适当加大牛腿、柱等主要支撑构件的前度，以保证大跨度复杂钢结构连廊能够承受较大地震的影响。比如：采用钢筋混凝土连廊柱，能够大幅度提升连廊的荷载性能，提升你连廊结构的总体可靠性和稳定性。

3.3 屋面设计

虽然屋面设计对钢桁架结构的影响比较小，但在设计中也应引起重视，屋面处于钢桁架之下，会受到平面拉力的影响，此种平面拉力需要楼盖梁和楼板同时承受。而位于钢桁架之上的楼盖主要会受到压力的影响，为控制此种影响，可通过组合梁的方法来抵消压力，在实际设计中通过降低梁截面大小的方法进行处理。

3.4 舒适度设计

舒适度设计是大跨度复杂钢结构连廊设计的核心内容，对提升连廊的柔性有很大影响，在具体设计中，需要综合考虑连廊中行人的通行荷载，最大限度提升行人通过连廊时的舒适性。自振频率和加速度的相对峰值是连廊舒适度设计的核心[3]。在本工程设计中，采用MIDAS GEN 和YJK 软件进行联合设计，自振频率可寻找两个设计软件的平均值。通过计算单人通行、多人横向并排通行和多人纵向排列通行来获知最大加速度峰值，计算结果为0.042t，国家要求的标准为0.15g，满足要求，舒适度合理。

4 结语

综上所述，本文结合工程实例探讨了大跨度复杂钢结构连廊的设计，探讨结果表明，钢结构连廊设计难度比较大，尤其大跨度复杂钢结构连廊设计难度成倍增长。为保证连廊设计效果，需要结合工程特性，选择合理的连廊结构造型，从相关参数设计、节点设计、屋面设计、舒适度设计等费方面同时入手，才能提升设计质量，满足连廊结构对稳定性、安全性、可靠性的需求。