李家佳 夏冬平 周建 汪凯

1.工程概况

南京涵碧楼综合项目北邻北河口水厂，南邻河滨公园、万景园，东邻扬子江大道，西邻夹江。地块东西和南北均约300m，总用地面积约51000m2，总建筑面积246500m2。该工程长39.05m，采用2m 高钢桁架结构，利用6 个摩擦摆支座与两侧塔楼进行柔性连接，为改善桥面人行舒适度，跨中附加4 个调频质量阻尼器（TMD）。该建筑群由一栋五星级酒店（南北塔）、一栋酒店式公寓、一栋办公楼及裙房组成，已建成并于2019 年投入使用。

本案分析对象为连接酒店南北塔楼63m 标高屋面的钢结构连廊。酒店南北塔楼平面为对称的L 形，较为细长（L形的一肢长度70m，顶层宽度7.55m），建筑高度76.95m，塔楼结构体系为框架-抗震墙结构。

由于客房采用大开间（10m）、小进深（4.5m），且在31.45m 标高的双侧客房收紧为单侧客房，结构宽度仅7.55m，故相连的主体结构横向刚度较弱。钢连廊支座落在62.95m 标高屋面，桥面在66.45m 标高与两塔连通。

2.结构设计

2.1 结构体系及隔震设计

本酒店的南北塔楼具有结构平面不规则、横向刚度较弱的特点。为避免南北双塔通过连接体将地震作用相互耦合并传递，故本案选择采用弱连接方式，即通过铰接或滑移支座进行连接。同时，为减小连桥自重引起的地震力对主体结构的不利影响，连廊支座采用摩擦摆式隔震支座（FPB），实现有效隔震和自动复位。

本钢结构连廊跨度为39.05m，采用双向钢桁架（主+次桁架）结构体系：纵向，采用3 榀高度2m（上下弦杆轴线距）主桁架，通过6 个摩擦摆式支座（FPB）分别支承于酒店左右塔楼屋面混凝土牛腿；横向，采用4.5m～5m 不等间距布置9 榀倒梯形次桁架。

图1 南京涵碧楼酒店钢连廊实景图

摩擦摆支座包括上部支座和下部支座，与桁架相连的上部支座下端面为球形凸面，与牛腿预埋件相连的下部支座上表面为球形凹面，球形凸面和凹面的接触表面均匀设置摩擦阻尼层。光滑的凸凹接触面摩阻较小，可实现地震时有效滑移和震后自动复位，可取得较好的隔震效果。后面针对钢连廊的分析，都是将其作为一个独立结构进行的，不考虑其与主楼刚度和位移的耦合关系。

2.2 人行桥减振设计

由于该酒店建筑方案的立面造型需求，钢连廊的桥身厚度（含外包层）需控制在2.5m 以内，故钢桁架的跨高比接近1/20，竖向刚度较柔，且该桥面上部支承间距9m～10m 的单跨钢框架（高度7m）顶棚。为增强桥面竖向刚度及横向抗扭刚度，船形桥面的上下表面及侧面均采用薄钢板蒙皮（6mm 厚钢板与结构杆件可靠焊接）。

本案运用有限元程序SAP2000，按三维空间模型对钢连廊结构进行动力特性分析，材料属性均按规范取值。进行结构模态分析时，质量源选取：恒载+0.5 活载。该空间结构形式复杂（与上部钢棚架刚度耦合考虑），结构自振周期较密集，故先对该结构进行模态分析，得到竖向振动频率在1.5Hz～2.0Hz之间，与人的步行频谱（1.5Hz～3.0Hz）比较接近。考虑到酒店屋顶花园和露天餐厅后期会有人员密集的工况出现，结构自振频率与外部人行桥及振频率接近，容易引起共振响应，共振引起的加速度的振幅过大超过人体舒适度耐受极限，极易给人造成心理上的恐慌。

为改变这一结构的不利点，工程上一般有三种方法：结构调整法、质量调整法和消能减振法。前两种方法是通过加大结构杆件断面或加大桁架高度，进而大幅提高连廊结构的刚度，或者通过协调建筑功能或额外附加重质量块，显著调大跨中质量，改变自振频率，使其自振频率避开人行频谱范围，从而改善步行舒适度。但这两种方式从结构上讲不经济，从建筑立面上不允许，故该两种方法不可行。本案中，经过多方案比选，最终决定采用消能减振法，即通过在钢桥跨中悬挂调频质量阻尼器（TMD）进行消能减振，减小加速度峰值，从而改善舒适度。

为同时控制桥面的竖向振动和钢顶棚侧摆引起的扭转振动，经过反复计算优化，最终选择在2 榀主桁架跨中（上弦杆下口悬挂）设置4 套TMD。减振装置参数见表1。

表1 减振系统计算参数

按高密度人群自由行走工况分析，统一取人群密度2 人/m2，选最不利情况分别按1.5Hz、1.8Hz、2.0Hz、2.2Hz、2.5Hz 五种情况考虑。加载时，人群荷载均布于钢连廊走道上。

经如上减振分析，结论为：结构在共振工况下，加速度峰值减振率最大达到了50.14%，平均减振率为17.02%，峰值减振效果较为理想。

3.施工安装

由于连廊支座所在标高为62.95m，下方具备施工条件的大底盘屋面标高为-6.10m，如何实现高空结构的安装是施工难点。经过多方案比选，该钢连廊的安装最终采用“4m+31m+4m 分段拼装——4m+4m 段就位固定加固——31m段整体提升69.05m——高空合龙”的方式。整个31m 中段的提升重量约为106t（含钢板蒙皮），整个提升过程总计历时约14 小时。

4.减振调试

空中连廊的主体结构在施工完毕后，为测试TMD 减振效果，进行了一次实地测试。测试分为TMD 锁死和TMD 放松两种工况，人群激励频率分为1.0、1.8、2.2Hz。

（1）进行了钢连廊自振频率的测试，测试结果为2.15Hz，高于有限元软件模型的计算值1.5Hz。分析其原因为，模型分析时偏于安全，未考虑钢板蒙皮对刚度的贡献。实际结构中，采用间断焊连接下的钢板蒙皮贡献了较大刚度，显著提高了结构自振频率。

图2 钢连廊施工提升方案示意图

（2）分别进行了三种人群激励频率下TMD 锁死和放开共6 种工况下3个跨中测点的加速度响应测试。测试结果表明，1.8Hz 工况下，TMD 减振率均达到了40%以上，效果最好；与自振频率最接近的2.2Hz 工况下，3 个测点的减振率也分别达到了33.3%～41.4%。

测试结果表明，钢连廊跨中设置的减振装置（TMD）获得了较好的实际效果。

5.结语

本文通过对南京涵碧楼酒店南北塔楼间39.05m 跨空中钢连廊的减振设计、施工吊装、验收测试等一系列工程实践进行介绍，结果表明：原设计意图已通过一系列技术措施得到了实现，调频质量阻尼器（TMD）装置最终取得了较好的减振效果。针对高空连廊取得的一系列设计、施工、测试的经验，可以为今后相同结构的设计提供参考。