一种弱连接体结构的抗震设计方法与流程

本发明属于建筑结构，具体涉及一种弱连接体结构的抗震设计方法。

背景技术：

1、随着社会经济的发展，人们对建筑的要求越来越高，各种新的结构形式不断出现。连体结构因其独特的立面外形和强烈的视觉冲击效果，而备受建筑师的青睐，在现代建筑中得到越来越多的应用。

2、连体结构通过连接体，将不同的建筑单体连在一起；相较于常规的独栋塔楼，连体结构的体型复杂，结构在强震作用下的动力响应难以把握。连接体及其与主体塔楼连接区域作为整个结构的关键部位，受力情况尤为复杂，给连体结构的设计提出了极大挑战。

3、根据连接体与主体塔楼的连接方式，可将连体结构大致分为两类：强连接方式和弱连接方式。强连接方式要求连体结构各塔楼相互之间的刚度差异较小，且连接体结构具有足够刚度，能协调两侧主体塔楼在罕遇地震下的共同受力和位移协调。因此，强连接方式可适用的情况，对连接体自身及相连塔楼的结构特性存在较严格要求。

4、对于大多数连接体质量和刚度相对较小的结构体系，往往适合使用弱连接方式，即连接体与主体塔楼采用滑动连接，可相对主体结构进行滑移。采用弱连接可减轻主体塔楼与连接体在地震作用下的相互影响，减小连接体对主体塔楼的质量偏心和扭转作用，方便连接体与主体塔楼连接节点的构造处理，对简化设计流程、降低结构造价等具有较好效果。

5、但有许多弱连接体结构的架空连廊发生失效破坏，甚至整体倒塌的震例。

6、有鉴于此，本发明通过一系列的合理设计与可靠构造，保证弱连接的连体结构“小震不坏，大震不坠落”，有效保护结构安全。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种弱连接体结构的抗震设计方法，使用该设计方法进行结构设计，可保证连体结构，在小震及风荷载作用下，不发生构件失效破坏；在大震作用下，不出现连接体坠落的严重震害，有效保护整体结构的安全。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案，一种弱连接体结构的抗震设计方法，其特征在于，所述弱连接体结构包括主体塔楼和连接各主体塔楼之间的弱连接体，所述抗震设计方法包括以下步骤：

3、1)由主体塔楼伸出一段外伸悬臂构件，提供弱连接体的支座支承滑动面；

4、2)在外伸悬臂构件的顶面设置水平钢板预埋件，并在水平钢板预埋件上铺设低摩擦系数滑动材料；

5、3)弱连接体采用钢结构，弱连接体的钢梁在支座节点附近减小梁高，形成变截面，钢梁端部搁置在低摩擦系数滑动材料上；

6、4)弱连接体的楼板与钢梁采用栓钉相连，并将楼板的钢筋锚入相邻两侧主体塔楼中。

7、按上述的技术方案，所述步骤1)中，由主体塔楼伸出的外伸悬臂构件，是为弱连接体提供竖向支承的关键构件。外伸悬臂构件设计时，其所受剪力fv取：大震作用下“主体塔楼+连接体”整体结构模型计算得到的连接体钢梁端部最大剪力值，该剪力为恒载d、活载l、竖向地震作用fevk的最不利组合值；悬臂构件的根部所受弯矩m＝fv×l，l为外伸悬臂构件的悬挑长度；外伸悬臂构件还受到沿弱连接体长跨方向的水平拉力n作用，拉力值n的大小等于滑动摩擦力f＝μ·fv，μ为钢梁与支座滑动面材料之间的摩擦系数。外伸悬臂构件的受剪承载力应满足公式(1)，即可满足大震弹性的要求；外伸悬臂构件的抗弯承载力应满足公式(2)，即可满足大震不屈服的要求；以此可确保弱连接体在罕遇地震作用下，不因支座失效破坏而发生整体坠落。同时，为进一步加强该连接处支座的可靠性与安全储备，对为弱连接体提供支撑作用的主体塔楼相关竖向构件，按中震弹性进行设计。

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10、式中：sge为重力荷载代表值的效应；为水平地震作用标准值的内力，的取值不考虑与抗震等级有关的增大系数；为竖向地震作用标准值的内力，的取值不考虑与抗震等级有关的增大系数；rd为外伸悬臂构件的拉剪组合承载力设计值；rk为外伸悬臂构件根部截面的拉弯组合承载力标准值，计算rk值时材料强度取标准值。

11、按上述的技术方案，所述步骤1)中，由主体塔楼伸出的外伸悬臂构件，应可为弱连接的滑动支座提供足够长的支承面，使支座滑移量满足罕遇地震作用下的位移要求，保证弱连接体在大震下不发生滑落，外伸悬臂构件的悬挑长度l应满足公式(3)：

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13、式中：δ1、δ2分别为两侧主体塔楼在弱连接体高度处沿其结构长跨方向的大震弹塑性水平位移值；b为弱连接体在其结构长跨方向的最小支承宽度；w为弱连接体与主体塔楼之间的最小防震缝宽度。

14、按上述的技术方案，所述步骤3)中，弱连接体的钢梁在支座节点附近减小梁高，形成变截面，钢梁端部搁置在由主体塔楼伸出的外伸悬臂构件上，弱连接体的竖向荷载完全由满足抗剪大震弹性要求的外伸悬臂构件承担。此构造可保证在罕遇地震作用下，弱连接体两侧的主体塔楼不出现严重损伤，弱连接体本身发生不坠落。对于支座区的梁高降低段钢梁，在小震及风荷载作用下，其承载力应满足公式(4)要求，保证弱连接体结构的正常使用；在大震作用下，其截面抗剪承载力应满足公式(5)要求，保证钢梁的支座区不发生剪切失效破坏。同时，钢梁的跨中段承载能力应高于其支座区，跨中段的“弯曲应力比”应小于支座区，即满足公式(6)要求，保证大震下钢梁的跨中段不先于支座区进入损伤。

15、sd≤rd/γrd                          (4)

16、v≤fvy·hw·tw                         (5)

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18、式(4)中：sd为小震或风荷载作用组合的效应设计值，rd为弱连接体钢梁在梁高降低段的构件承载力设计值，γrd为构件的抗力模型不定性系数，小震作用时γrd取0.75，风荷载作用时γrd取1.0；式(5)中：v为大震作用下的钢梁支座节点处的最大剪力值，fvy为钢材的剪切屈服强度，hw为梁高降低段钢梁的腹板净高，tw为钢梁的腹板厚度；式(6)中：σm为大震下钢梁跨中截面的弯曲正应力，τb为大震下钢梁支座处截面的剪切应力，fy为钢材的抗弯屈服强度，fvy为钢材的剪切屈服强度。

19、按上述的技术方案，所述步骤4)中，弱连接体的楼板与钢梁采用栓钉相连，楼板的钢筋锚入相邻两侧主体塔楼中。此构造可保证弱连接体结构，在小震及风荷载作用下保持结构稳定，不频繁地发生振动或变位，满足正常使用要求；在大震作用下，连接体相对主体塔楼产生滑动，此时允许作为连接最薄弱部位的主体塔楼与连接体的交接处楼板出现剪切破坏，该交接处的楼板混凝土被往复压溃以及楼板内钢筋的拉压塑性变形，能起到耗散地震能量的作用。同时，由于交接处楼板钢筋的牵连以及板钢筋间隙残存部分压溃混凝土的缓冲，可避免连接体与主体塔楼发生撞击。此外，连接体与两侧主体塔楼的楼板钢筋存在相互连接锚固，可防止连接体在强震下被甩出的严重震害发生。

20、本发明技术的优越性在于：通过一系列的合理设计与可靠构造，使用该方法进行结构设计，能保证连体结构，在小震及风荷载作用下，不发生构件失效破坏；在大震作用下，不出现连接体坠落的严重震害，有效保护整体结构的安全。