浅析高烈度区高层连体结构连接支座形式的选取

朱坤 解高 王海龙 问乐 张猛

中国建筑第八工程局有限公司西北公司 陕西省西安市 710000

摘要：本研究探讨了宝鸡市传染病医院（宝鸡市感染性疾病诊疗中心）的建设项目，其中重点关注了高烈度区高层连体结构连接支座形式的选取问题。对于复杂的钢结构工程，本项目特别关注了大跨度、无支撑装饰构架等挑战性问题，并针对其提出了有效的解决策略。

关键词：宝鸡市传染病医院；高烈度区；高层连体结构

1 引言

钢结构工程的选型和设计对于高层建筑的安全性和稳定性至关重要。在高烈度地震区域，如何选取合适的连接支座形式，以确保结构的安全性和可靠性，尤为重要。本文将通过宝鸡市传染病医院（宝鸡市感染性疾病诊疗中心）建设项目为例，探讨在设计和施工过程中遇到的主要问题和应对策略，以期为类似工程的实施提供借鉴。

2 工程概况

本工程位于陕西省宝鸡市，由宝鸡市中心医院主导建设。工程总建筑面积为65935㎡，高度为49.6m，采用钢筋混凝土框架剪力墙结构，共有地下一层，地上十层，以及裙房二层。该工程主要包含南楼、北楼以及裙房，采用天然地基基础，抗震设防烈度8°，结构设计使用年限为50年。

在钢结构工程方面，主要包含南楼屋架层钢结构、北楼屋架层钢结构、南北楼之间大跨度架空屋架钢结构及西侧装饰构架造型钢结构。其中，最具挑战性的部分是大跨度的架空屋架钢结构和无支撑的装饰构架。这些复杂的结构带来了一系列的技术问题，如何有效解决这些问题，是本文将要探讨的重点。

3 高层连体结构的特点

高层连体结构是一种特殊的建筑结构形式，其主要特点是通过桥梁或其他形式的结构将两个或更多的高层建筑连接在一起。这种结构形式广泛应用于商业中心、医疗中心、教育机构和居住区等多种类型的建筑中。

3.1建筑物的高度

连体结构通常用于高层建筑，这些建筑物的高度大大超过了周围的其他建筑。这种高度优势使得连体结构能够提供优越的视野，且空间利用率极高，但同时也带来了一系列设计和施工的挑战。

3.2 结构复杂性

连体结构因其结构设计相比单一高层建筑更为复杂，需要考虑的因素更多。例如，结构的稳定性、刚度、连接处的设计等都需要经过精确计算和精细设计。在设计和施工过程中，需要综合考虑各种力学性能，以保证整体结构的稳定性。

3.3 地震中的潜在危险

对于位于高烈度地震区的高层连体结构，地震是其主要的安全威胁之一。在地震作用下，连体结构的动力特性和地震响应将比单体高层建筑更为复杂。连接桥梁或者连廊的设计尤其关键，这些结构需要承受由于两侧主体结构在地震中的相对位移产生的大量剪力和弯矩。这些都决定了在高烈度地区，高层连体结构的设计和施工必须特别重视抗震设计，包括但不限于合理的结构布局，高性能的材料选用，以及科学的连接节点设计等。通过这些措施，才能有效地保证高层连体结构在高烈度地震中的安全性能，防止结构的破坏，以及避免人员伤亡和财产损失。

4连接支座的种类与特性

高层连体结构中的连接支座是用来连接主体结构的重要元素。它们的设计和选择直接影响到结构的安全性、稳定性和可用性。在实际工程中，根据需要和环境条件，有多种不同类型的连接支座可供选择。以下将介绍几种常见的连接支座种类及其特性。

4.1 球型连接支座

球型连接支座是一种专门设计用于在工程结构中提供可调节连接的装置。它们的设计允许在多个方向上有一定的位移，同时提供了很好的抗震性和稳定性。它们主要用于桥梁、高层建筑、大跨度结构以及需要抵御地震等自然灾害影响的工程中。

球型连接支座由一个钢制球面和一个配套的球座构成，形成一个球-球面接触的结构。在正常工况下，这种接触可以允许支座在垂直方向上产生位移，以适应由于温度变化、荷载变化等因素引起的结构形变。

在水平方向上，由于球面的自由度，支座可以在一定范围内产生旋转，以应对由于地震、风载等影响产生的水平位移。这种旋转在一定程度上等同于位移，因此对于需要在多个方向上有位移要求的结构，球型连接支座是一个理想的选择。

球型连接支座的优点主要体现在其高度的自由度和优秀的抗震性。它能在多个方向上产生位移，使得支座能够适应各种复杂的工况，同时在地震等灾害发生时，支座的位移和旋转能力可以有效地分散结构应力，从而减少灾害对结构的破坏。

4.2 滑动连接支座

滑动连接支座是一种允许一定程度相对位移的连接方式。这种支座通常由特殊材料制成，允许在特定方向有一定的滑动，从而减小结构的应力集中。滑动连接支座可以有效地减轻地震作用下的结构应力，降低结构的损伤程度，特别适用于地震烈度高的地区。滑动连接支座可能会导致结构在地震后出现残余位移，对于某些对位移要求严格的建筑结构（如医院、实验室等），可能不适用。

4.3 弹性连接支座

弹性连接支座是一种介于固定连接支座和滑动连接支座之间的连接方式。这种支座具有一定的弹性，能在接受力的同时产生一定的变形，既能有效分散力，又能限制结构的位移。弹性连接支座既能提供一定的刚度，又有一定的柔度，能在地震中对结构起到保护作用，特别适用于要求结构有一定弹性的工程。弹性连接支座的设计需要兼顾刚度和柔度，需要精细的计算和选材，设计和施工难度较大。

5 连接支座的选择

选择连接支座需要综合考虑多种因素，这些因素包括建筑物的高度、结构形式、地质条件、预期的地震强度，以及工程预算等。以下我们将就这些因素如何影响连接支座的选择做一些详细的讨论。

 5.1 建筑物的高度

建筑物的高度直接影响到其结构对于地震的响应。一般来说，建筑物越高，其在地震中的位移越大，因此对于高层建筑，应优先考虑能够允许一定位移的滑动连接支座或者弹性连接支座。然而，这也需要考虑到结构的整体稳定性，如果选择的支座过于灵活，可能会影响到结构的整体稳定性。

5.2 结构形式

不同的结构形式对于连接支座的选择也有一定的影响。例如，对于框架结构，由于其本身具有一定的刚度和强度，因此可以考虑使用固定连接支座。而对于壳体结构或者桁架结构，由于其本身刚度较低，更适合使用滑动连接支座或者弹性连接支座。

 5.3 地质条件

地质条件主要包括地基的承载能力和地震烈度。在地基承载能力较弱或者地震烈度较高的地区，应优先考虑使用可以有效分散力的连接支座，例如滑动连接支座或者弹性连接支座。

 5.4 预期的地震强度

预期的地震强度直接决定了结构需要承受的地震荷载。在地震烈度较高的地区，应优先选择能够允许一定位移，从而减小地震力对结构的影响的滑动连接支座或者弹性连接支座。

结合宝鸡市传染病医院的实际情况，工程的建筑高度为49.6m，采用的结构形式是钢筋混凝土框架剪力墙结构，地基采用的是天然地基。在抗震设防方面，考虑了8°的烈度，并对结构设计设定了50年的使用年限。这样的工程规模和条件使得建筑必须能够抵抗各种应力，同时也能适应由于地基、温度和荷载变化等因素引起的位移。

球型连接支座以其高自由度和优秀的抗震性特点，是工程的理想选择。它能在多个方向上产生位移，让支座能够适应复杂的工况。在地震等灾害发生时，由于其独特的设计，支座的位移和旋转能力可以有效地分散结构应力，从而降低灾害对结构的破坏。

6结语

[1]姜文辉.高烈度区高层连体结构连接支座形式的选取研究[J].建筑结构,2022,52(S1):264-269.

[2]李青. 典型长周期地震动作用下超高层连体结构的抗震分析[D].广州大学,2020.

[3]李春锋. 高层连体结构动力可靠度与减震控制理论研究[D].兰州理工大学,2016.