某空中连廊设计过程简述

一、模型建立

建立结构模型如下：

连廊部分通过yjk空间结构建模，关于yjk空间结构建模方式可以到该功能下按F1查看帮助，对网架网壳等建模方式，注意事项等有非常详细的教程。唯一需要注意的是要预留桁架下方一小段用于定义弹性连接，这部分在帮助文件中也有说明。

前处理中，特殊支撑一栏定义弹性连接，U1是轴向，U2与U3分别为平面方向，在yjk中没找到怎么查看局部方向，具体U2是对应整体坐标系X与Y可以先试算一下，根据振型确定约束的方向。具体定义如下：

本项目连廊所受风荷载方向为Y向，所以北侧两个支座一个为固定铰支座，一个释放X向平动，用于承担风荷载，南侧两个支座仅约束Z向，以保证两侧塔楼震动时不会相互影响。

勾选表示约束，可以输入一个较小的数来模拟平动释放，支座在平动方向存在摩擦力，一般摩擦系数为0.03左右可视作水平自由，也可以根据选取的支座输入实际参数，一般厂家会提供，或者根据支座竖向力，网上搜一些产品参数输入，在图纸中注明选定的支座限定条件即可，如支座平动转动限值条件，水平力竖向力限值条件等重要信息。

二、支座选取

常见的支座类型有板式、盆式橡胶支座，球铰支座，摩擦摆支座等。

1.板式橡胶支座构造：

板式橡胶支座细分为带铅芯与不带铅芯支座，铅锌橡胶支座是在普通叠层橡胶支座的中心插入铅芯，以改善橡胶支座阻尼性能。铅芯支座除能承受结构物的重力和水平力外，铅芯产生的滞后阻尼的塑性变形还能吸收能量，并可通过橡胶提供水平恢复力。

如果选用板式橡胶支座的话，可以参照抗规减隔震章节和橡胶支座规范的要求选取产品，一般是控制小震和风荷载下处于弹性状态，中大震下屈服以减小对主体结构的影响，在连接定义选项中有隔震支座选项，可以定义详细的支座参数。

2.盆式橡胶支座构造

盆式橡胶支座橡胶夹在中间，基本处于密封环境，在较大竖向力作用下受到三向围压会处于介于固液态之间的状态，可以实现自由转动，没有竖向力作用时处于固态，方便安装，利用上方聚四氟乙烯板实现水平滑动，所以盆式橡胶支座主要用于桥梁等重型结构。

3.球铰支座构造

    利用球芯与与聚四氟乙烯板的滑动实现转动与平动，利用上座两侧的侧板实现水平向的约束。

4.摩擦摆支座构造

与球铰支座不同的是上支座是可以自由摆动的，且上方没有聚四氟乙烯板进行滑动，所以在水平方向具有一定约束，竖向力与弧面形成的夹角分解会形成一个沿弧面的力，所以在水平力作用结束后可以回归原位，所以摩擦摆很适合用于减隔震方向，也可以用于连廊支座，比较著名的有肖从真大师的北京当代moma。

本项目连廊跨度约为32m，标高约为53m，考虑后期支座更换的难度及安全性，选用球铰支座 。

三、连廊对主体结构的影响

根据连接结构的振型及单体振型对比来判断连廊对主体结构的影响。

1.连体第一阶振型（塔楼2，Y向平动，周期1.923）

2.连体第二阶振型（塔楼1，Y向平动，周期1.884）

3.连体第三阶振型（塔楼1，X向平动，周期1.846）

4.连体第四阶振型（塔楼2，X向平动，周期1.803）

5.连体第五阶振型（塔楼2，转动，周期1.529）

6.连体第六阶振型（塔楼1，转动，周期1.464）

7.单体第一阶振型（塔楼2，Y向平动，周期1.997）

8.单体第二阶振型（塔楼1，Y向平动，周期1.951）

9.单体第三阶振型（塔楼2，X向平动，周期1.848）

10.单体第四阶振型（塔楼1，X向平动，周期1.839）

11.单体第五阶振型（塔楼1，转动，周期1.558）

12.单体第六阶振型（塔楼1，转动，周期1.483）

周期对比结果如下：

经对比，连廊支座在Y向设置固定约束对塔楼在Y向的振动产生一定影响，但影响在5%以内，所以主楼可以采用单塔模型设计，当然也可以修改支座来进一步降低连廊对主体结构的影响，如采用摩擦摆支座，摩擦摆支座在各个方向的约束均为弹性约束，对Y向的影响较小，或者均采用多向滑动支座，对个别支座限位的方式，如采用下图做法：

四、连廊风荷载计算

根据《荷载规范》8.1.1条文说明：对于主要受力结构，风荷载标准值的表达可有两种形式，其一为平均风压加上由脉动风引起结构风振的等效风压；另一种为平均风压乘以风振系数。由于在高层建筑和高耸结构等悬臂型结构的风振计算中，往往是第1振型起主要作用，因而我国与大多数国家相同，采用后一种表达形式，即采用平均风压乘以风振系数βz，它综合考虑了结构在风荷载作用下的动力响应，其中包括风速随时间、空间的变异性和结构的阻尼特性等因素。

对于空中连廊来说，与悬臂构件受力明显不同，且在风荷载主要受力方向（Y）采用两个固定约束，楼板面内刚度较大，水平风振影响有限，一般采用围护结构计算公式计算。按《高规》4.2.7要求，连体结构宜进行风洞试验，但一般很少执行这一条。

参照某市民中心连廊风洞试验报告，风载体型系数，正面取0.8，北面取-0.6，顶面取-0.61，底面取-0.52，负值代表风吸力。

当没有可参照的风洞试验报告时，可以参考《荷载规范》8.3.1风荷载体型系数第30项次，该项为房屋体型系数，连廊可以看做转置90度的房屋，嵌固于支座，对比发现在正面风荷载作用下，上下两侧均受到风吸力且与风洞试验报告中受力模式相同，取值更偏保守。

对本项目连廊跨度约32m，经幕墙外包之后立面尺寸约为7.5m（桁架高度4.3m），Y向迎风面面积为240平，场地类别B类，高度偏保守取55m，取百年一遇风压为0.5kn/平，风压高度系数约为1.67，阵风系数取1.55，所以在Y向风荷载作用下每个支座的水平力约为：1.55*1.67*（0.8+0.6）*0.5*240/2=220kn。

在yjk单体计算中，以自定义荷载（工况为风荷载）的形式将风荷载集中力输入到支座节点位置，前处理参数自定义组合系数中，将自定义荷载与风荷载取叠加即可。

五、支座位移量计算

连廊支座位移量需要考虑两侧塔楼在大震下的位移，取两侧塔楼位移之和作为支座位移量。可以保守的取小震下支座处节点位移，然后乘放大系数的方法，如本项目为7度区，小震下ɑmax=0.08，大震下为0.5，所以小震下节点位移假定为x，则大震下位移为x*0.5/0.08=6.25x,并预留一定的富余量。但大震下结构进入塑性，刚度下降，位移增大，按弹性等效算法偏于不安全，本项目采用静力弹塑性来计算节点大震下位移。

加载模式采用倒三角；考虑二阶效应；考虑进入结构进入塑性阻尼比增大，取7%；大震下特征周期+0.05s，取0.5s；大震下地震影响系数0.5。

1.X向能力谱与需求谱曲线：

2.Y向能力谱与需求谱曲线：

3.X向推覆构件性能水准：

4.X向推覆构件性能水准：

采用小震配筋进行验算，发现底部加强区剪力墙中度损伤，符合性能目标D关键构件性能要求，连梁属于耗能构件损伤严重，在大震能够耗能保护剪力墙，符合设计目标，框架柱轻微损伤，符合性能目标，个别框架柱先于框架梁屈服，适当提高配筋率，整体结构满足大震不倒要求。

5.X向推覆支座处节点位移曲线，性能点对应位移约为200mm。

6.Y向推覆支座处节点位移曲线，性能点对应位移约为240mm。

综上，支座X向位移限值为200mm，Y向位移限值为250mm。

六、连廊设计及支座选型

1.连廊本身的计算可以采用midas或3D3S进行设计，最终计算结果如下：

2.支座水平力限值

大震下，结构进入塑性位移变大，但地震力减小，所以支座的水平力限值可以偏保守的选取小震结果进行线性放大，小震下支座水平力约为150KN,七度区，所以大震下支座水平力限值为6.25*150，取950KN。

3.支座选型

根据支座竖向反力，选取QZ3，竖向力限值为3000kn，GD表示固定，DX表示单向滑动，SX表示双向滑动，对于双向支座X向位移限值为200mm，Y向位移限值为250mm，单向支座X向限值为200mm，水平力限值需大于950kN。