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1、連接體結構高層建筑抗震性能影響因素的分析【摘要】連體結構是通過連接體將不同的結構連在一起，體型比較復雜，因此連體結構的受力一般比單體結構或多塔樓結構更復雜。由于連體的存在，使得原來彼此獨立的各單體結構成為一個復雜結構系統中的一部分，在地震作用下連接體的存在使得原來獨立發生振動的塔樓要相互作用、相互影響，因而其反應遠 比單體結構和無連接體的多塔結構要復雜，會出現較強的平扭耦聯等現象，因此連接體的設置改變了結構的動力特性。本文重點研究連接體結構高層建筑抗震性能的影響因素。【關鍵詞】連接體；結構；抗震性能；影響因素前言隨著世界經濟及科學技術的快速發展，自20世紀80年代以來，一批現代高層建筑結構以全2、新的形象出現在世界各地。為了體現建筑的新穎藝術造型及建筑多功能使用的要求，這些復雜的高層建筑采取了不同的高層建筑結構體系，連接體結構就是其中之一。連接體結構體系由于連體而形成較強的空間韌聯作用，其分析模型、動力特性、破壞形式以及計算方法要比一般高層建筑復雜，在地震作用下由于連接體的存在使得由原來獨立發生振動的塔樓要相互作用，在地震作用下的反應遠比無連接體結構受力復雜。按照高層建筑混凝土結構技術規程JGJ3-2003的定義，連體結構屬于“復雜高層建筑結構，其整體結構的抗震性能及減震控制有待進一步的研究1。1 高層建筑連接體結構特點2連體結構因為通過連接體將不同結構連在一起，體型比一般結構較為復雜3、，因此連體結構的受力比一般結構更為復雜。連體結構應關注下面幾個方面問題。1.1 扭轉效應當風或地震作用時，結構除產生平動變形以外，還會產生扭轉變形，扭轉變形隨著兩塔樓不對稱性的增加而加劇。即使對于對稱雙塔連體結構，由于連接體樓板變形，兩塔樓除了同向運動外，還會有相向運動，該振動形態是與整體結構的扭轉振型耦合在一起的。在實際工程中，由于地震在不同塔樓之間的差異是存在的，兩塔樓相向運動的振型形態極有可能發生響應，此時對連體部分的結構受力很不利。1.2 連接體部分的設計連接體部分一方面要協調兩側結構的變形，在水平方向荷載作用下承受較大的內力；另一方面當本身跨度較大時，除豎向荷載作用外，豎向地震作用影4、響也較明顯。1.3 連接體兩端的連接方式連接體與兩側塔樓的支座連接是連體結構的另一關鍵問題，連接處理方式一般根據建筑方案與布置確定，可以有剛性連接、鉸接、滑動連接等連接方式，但每一種方式均應進一步優化出較佳的方法和構造措施。2 連體結構的分類2.1 根據連體結構的對稱性分類2.1.1 雙軸對稱連體結構當塔樓和連體的平面、立面布置，剛度和質量分布關于X、Y軸完全對稱且雙塔關于各自對稱軸對稱時，稱為雙軸對稱連體結構。2.1.2 單軸對稱連體結構當塔樓和連體的平面、立面布置，剛度和質量分布僅關于X或Y軸對稱且雙塔關于各自對稱軸也具有相應的對稱形式時，稱為單軸對稱連體結構。2.1.3 非對稱連體結構當5、塔樓和連體的平面、立面布置，剛度和質量分布關于X、Y軸均不對稱稱為非對稱連體結構。2.2 根據連體結構與塔樓的連接方式分類2.2.1 強連接連體結構當連接體結構包含多個樓蓋，且連接體剛度足夠，能將主體結構連接為整體協調受力、變形時，為強連接連體結構。兩端剛接或兩端鉸接的連體結構均屬于強連接連體結構。2.2.2 弱連接連體結構當兩個建筑之間設置一個或多個連廊時，連接體結構較弱，無法協調連體兩側的結構共同工作時，為弱連接連體結構，可做成連接體一端與主體結構鉸接，一端做成滑動支座；或兩端均做成滑動支座。3 連接體結構高層建筑抗震性影響因素3.1 連接體位置的影響33.1.1 連廊位置變化，對結構的基6、本自振周期影響不大，且其大小介于相鄰結構周期之間。3.1.2 連廊的設置對于結構頂層位移的影響較大且使其減小，說明設置連廊就頂層位移而言是有利的，并且隨著連廊位置的上升，頂層位移逐漸減小。3.1.3 連廊位置變化，對層間位移的影響較大，針對非對稱連體結構，連廊應盡可能被放置在頂層位置處，如必須設置在中間層，則需進一步驗算相鄰樓層的薄弱層，并采取相應的措施。3.1.4 在非對稱連體結構中，連廊位置變化對基底剪力有一定的影響，規律性不強，連接體受力復雜且往往很不利。3.2 連接體剛度的影響43.2.1 在縱向荷載作用下，當連體軸向相對剛度(取為上下連桿的相對剛度之和)達到一定的值時，兩塔樓頂部x向7、側移才接近，并隨著剛度的增加，接近程度加大，直至兩者相等。連梁軸向剛度一開始增大時，上下連梁的軸力都在增大，但當剛度達到一定數值時下連梁軸力繼續增大，而上連梁的軸力卻開始減小，但連梁總軸力只有少量的增加。增大連梁在豎向平面內的抗彎剛度可以減小兩塔樓的側向變形，當較大時的雙塔連體結構己類似于高層建筑中的巨型門式結構。連梁在水平面內的彎矩基本為零，豎向平面內的端部彎矩隨著連梁剛度的增大，梁端彎矩也一直在增大。3.2.2 橫向荷載作用下當連體相對剛度較小時，連梁的連接作用很弱；隨著連體相對剛度增大，荷載作用的塔樓頂部橫向側移減小，另一塔樓頂部橫向側移增大，兩塔頂部轉角增大；當相對剛度達到一定數值時塔8、頂位移變化很小。兩塔樓頂部的轉角一直都很接近，這是因為塔樓的扭轉是由連梁端部的彎矩反作用在塔樓上引起的，而連梁兩端的彎矩接近，所以兩塔樓作用的扭矩也相差無幾，導致塔樓每一樓層的扭轉角都很相近。連梁的軸力和豎向平面內的彎矩基本為零，注意到上連梁端部彎矩一直比下連梁端部彎矩大，連梁剛度越大，兩者的差值越大。連梁水平面內的彎曲剛度達到一定數值時，此時連梁可視為面內剛度無窮大。3.3 連接方式對位移響應的影響3.3.1 對層間位移的影響（1）在兩端剛接和兩端鉸接情況下，無論是高塔還是低塔，其在X、Y向的層間位移基本相同，剛接和鉸接對兩塔樓的層間位移基本沒有影響；（2）對兩個塔樓的X向層間位移來說，采用9、強連接和弱連接兩種連接方式時，弱連接方式能有效地改善(或減小)離連廊較遠處的塔樓樓層的層間位移，使得這些樓層的層間位移比強連接方式時更小。而對于連廊上下附近的塔樓樓層，采用強連接方式時的層間位移比弱連接方式要小。這說明采用弱連接方式時，由于連廊的連接作用較弱，兩塔樓基本是各自獨立地發生變形，受連廊的約束較小；而采用強連接方式時，由于連接作用的加強，在連廊附近的塔樓樓層受到連廊較強的約束，使得這些樓層的變形受到一定的限制，所以其層間位移小于弱連接時的位移。對于離連廊較遠處的塔樓樓層，強連接對其的約束很小，而弱連接由于有疊層橡膠支座和阻尼器的耗能作用，使得兩個塔樓的地震作用被減小了，從而使得在這些10、樓層處的位移反應比強連接時更小；（3）對兩塔樓的各層Y向層間位移來說，強連接基本上都比弱連接的位移反應要大，并且，在三種弱連接方式中，減小塔樓位移反應最顯著的就是兩端橡膠支座+阻尼器的連接方式，兩端支座連接方式次之，鉸接+支座的連接方式減小塔樓位移反應的大小不如前兩種弱連接方式。3.3.2 對最大樓層位移的影響（1）總的來說，對于兩個塔樓的各層X、Y向最大樓層位移，其變化特點是：隨著連接的減弱，最大樓層位移也在減小，尤其對于高塔更是如此；（2）當采用鉸接+支座的連接方式時，由于連廊與高塔鉸接，與低塔支座連接，因此，在連廊上下附近的幾個塔樓樓層，低塔兩個方向的樓層位移均比強連接時大，而高塔兩個方11、向的樓層位移均比強連接時小，這是由于連廊兩端連接形式的差異所造成的；（3）與強連接方式相比，帶有阻尼器的連接方式能夠比較顯著的改善(或減小)兩塔的樓層位移反應，并且，隨著兩個塔樓樓層號的增加，這種改善的效果越明顯。4 結論在地震作用下由于連接體的存在使原來獨立發生振動的塔樓相互作用、相互影響，在地震作用下出現連接體部分受力復雜，扭轉振動變形大等現象，在地震中已經形成較為嚴重的損失。并且連接體結構抗震性能的影響因素較多且復雜，因此對連體高層建筑的研究具有一定的現實意義。參考文獻1龐迎波，雙塔弱連接連體結構的地震反應時程分析及其振動控制D，廣西大學：碩士學位論文，20082周麗，連接體位置變化對連體結構抗震性能的影響和弱連接體結構的簡化計算D，蘭州大學：碩士學位論文，20083杜永峰，李春峰，連廊位置對高層連體結構地震響應的影響，工程抗震與加固改造，2008.6(30)4黃坤耀，雙塔連體結構的靜力抗震和抗風分析D，杭州：浙江大學，2001