连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响

1、 浙江工业大学硕士学位论文连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响姓名：赵一申请学位级别：硕士专业：建筑与土木工程方向指导教师：赵滇生201110 摘要模块对结构对称和非对称双塔连体结构进行了系统的分析。主要如下内容：研究了连接体对连体结构受力性能的影响。连接体对结构受力性能的影响主要表现在高阶振型，同时连接体的存在可能加大了结构的扭转。因此在地震作用计算时，连体结构必须考虑高阶振型和耦联扭转的影响。研究了连接体与塔楼的连接方式对结构受力性能的影响。对于对称连体结构，不同连接方式对结构的结构性能影响不大。同时由于连接体协调两塔的变形和受力，各塔吸收的地震作用可能相互抵消，整体结构偏

2、于安全。对于非对称连体结构不仅发生了整体振动，两塔楼还分别发生了绕自身刚心的振动，对结构相当不利。震作用下连接体的存在减小了结构的层间位移。随着连接体位置的下移，结构振型逐步不规则，扭转成分逐步加大，因此连接体位于顶部，对结构抗扭构，连接体位于顶部时对结构的抗震最有利。 猻， 甐 甌颬一一畁圮 迦 目录鹴瓵 ， 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响连体结构的组成及分类连体结构从建筑上来分一般可分为两种形式。第一种形式为架空连廊如从结构的几何构成来看，多塔楼连体结构主要由以下三个部分组成：有时会通过转换层转换成另一种结构形式。对第一种情况，往往是建筑的使用功能上下比较一致，所以不

3、需要在底部改变柱网尺寸和结构形式。此时大底盘的刚度往往也会比上部结构大，在大底盘顶部形成刚度突变，于抗震不利，设计时要对大底盘顶部一到二层进行加强。第二种情况是当上部需要小开间布置以满足宾馆和住宅的功能要求而下部需要大开间的空间以满足商场、大堂、办公等公用设施的功能要求时，则需要将上部小开间的结构转换成大开间，要求柱网大、墙体尽量少，以满足使用功能的要求。此时下部的刚度可能就会比上部小，形成上刚下柔的结构，形成不利于抗震的结构体系。设计时必须加强大底盘部分的抗侧力构件的设计，保证上下刚度比控制在规范要求的范围内。本文研究的是没有大底盘的双塔连体结构。度也有相等与不等之别。 连体位置及其与塔楼的

4、连接方式对高层连体结构性能的影响及上海证券大厦。连体在竖向平面内的弯曲对结构性能有很大的影响。 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响相比前两者，连体的刚度进一步削弱饕J鞘蚱矫婺诘目雇涓斩，连体结构应用现状及震害情况两座塔楼在阃攘梢惶澹淞嫘问匠拭抛中停缤。楼包括层高和层高的两座塔楼，塔楼之间由悬臂钢结构连内筒为钢筋混凝土，外框架为钢框架。连接部分采用两榀支承在主楼内筒上 浙江工业大学硕士学位论文犏番。：；：一孽 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响下面是几个震害的例子峁蛊矫嫖狶形的两栋层的公寓楼，东楼和南楼分别在、这些震害的例子都是中低层的建筑，一般多是两栋建筑之

5、间的连廊，连廊的跨度不大，大都在米以内，宽度在米以内。连接体两边建筑不高，整个建筑的整体性很差。而现在发展起来的高层连体结构则具有连接体的位置高、跨度大的特点，其结构的抗震性能如何，能不能在地震中经受的了地震的考验，还是一个未知数，因此，需要做更多、更进一步的研究工作。 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响双塔连体结构的特点双塔连体结构的研究现状 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响明有连体时结构的扭转效应不能忽略。文献采用较为严密的计算模式，对主结构采用凝聚模型，把连接体看作一弹性梁，应用时程分析法，就对称和不对称连体结构，分析了连接体刚度变化时对结构动力特性

6、和地震响应的影响。 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响本文研究内容由于连接体的存在，对连体结构的静力性能和动力反应都有明显影响。从静力的角度来讲，连接体部分的荷载通过支座传到两端塔楼的竖向构件上也不大。但对于水平荷载而言，其动力特性就比单塔的复杂得多，由于连接体的存在，实际上是为两塔之间提供了一定的刚度和阻尼，因此结构的地震响应就更加复杂化，会出现复杂的耦联振动，扭矩加大等现象。连接体的位置、跨度、刚度和支座的形式就是影响连体结构地震响应的关键因素。本文以双塔连体结构为研究对象，主要研究内容包括： 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响连体结构的计算模型串并联刚

7、片系层模型假定楼板为分区刚性，每块刚性楼板以一个刚片来表示。当结构刚度存在偏心时，需考虑结构的平扭耦联振动。集中在每个楼层的质量均有三个自由度，即两个正交方向的水平自由度和一个扭转自由度。假定楼板在平面内刚度无限大，坐标原点可选在各层楼板的质心，通过静力凝聚方法可计算出各楼层的侧向刚度矩阵。大多数连体结构其连体部分均位于连续的几层中，如果连接体分散于不相邻的几层，则模型可相应变动，但分析过程相同。这种串并联刚片系层模型大大削减了结构的自由度，有利于计算和分析。但它也有其相应的缺点：该模型假定楼层均为刚性，过分的夸大了连体的刚度，因此在计算过程中，连接体部分的受力要比实际工程大很多。计算模型如图

8、。 馹一甠一，：一！。串并联质点系模型是将塔楼各个楼层简化为一个质点，楼板上下各 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响震作用下，结构各楼层存在三个自由度，即两个沿主轴方向的平动和绕楼层质心的转动，这种情况下，串并联刚片系模型更能满足要求。计算模型如图。三维有限元分析法将高层建筑结构视为空间结构，梁和柱作为空间梁单 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响常用的有限元分析程序邢拊7治觥杓朴隒软件；当前流行的通用有限元程序有、 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响出各程序的单元库代表该程序单元库包括该列所指单元，代表不包括该单元单元库，但除外，它的材料库

9、独立。 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响疦粘塑性疦名称静力响应谱分析复合材料线性断裂非线性弹性弹塑性 許疦曲接触瞬时响应疲劳控制结构气动弹性稳态瞬态辐射喔卟憬峁谷治龀绦 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响琖8卟憬峁箍占渥楹辖峁褂邢拊3绦颍隩的区别在于一剪力墙、剪力墙以及高层钢结构或钢筋一混凝土混合结构等，可对所有结构进行弹性时程分析，采用分析方法为振型叠加法。 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响杆单元单刚阵中考虑了剪切变形的影响。四节点等参壳元的基础上，采用静力凝聚原理构造了一种超单元，称之为通由于工程中剪力墙形状复杂多变，墙单元划分工作

10、难度较大，主要表现剪力墙洞口大小及其空间位置是任意的；为确保分析的数值精度，墙元细分后的小壳元的最大边长不得大于给 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响系统相结合的方法，实现了墙元的自动细分。假定视糜诙嗍娼峁梗俣适用于多塔或错层结构，假殊楼板结构或要求分析精度的高层结构。 浙江工业大学硕士学位论文连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响黾吒善生吒一壤 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响式中鬼结构总水平地震作用标准值；相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数；反应谱理论考虑了结构的动力特性与地震动特性之间的动力关系，通过一慨矾】 连体位置及其与塔楼的

11、连接方式对高层连体结构性能的影响由两个以上的自由度体系振型参与系数的一般关系式又由多自由度弹性体系在地震作用下其中任一质点位移的计算公式，骸鞫乃将式及式胧得式中，与第振型相应质点的绝对加速度 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响协，式中口，相应于第振型自振周期乃的地震影响系数； 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响魄，埂苢名剪力系数；地震反应的时程分析法分为弹性时程分析法和弹塑性时程分析法。抗时一般采用弹性时程分析法。抗规第趸构娑硕砸恍褂或 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响括恢复力模型、屈服关系模型、弹塑性位移和位移角的算法、阻尼系数的确定等

12、一系列问题的存在，使得弹塑性时程分析变得十分的复杂，而且计算结果受到所选地震波的影响很大，目前在实际的工程中还使用不多。因此我国现行规范规定的弹塑性阶段设计主要是弹塑性阶段的变形验算，并不进行内力计算。结构弹塑性变形分析方法有动力非线性分析和静力非线性分析两大类。形分析的一种简化方法，从本质上来讲它是一种静力的分析方法。具体来讲，与时程分析法比，其输入的数据简单，工作量少，计算结果也较好掌握，便方法主要应用于结构的抗震能力评估，对振动以第一振型为杂高层建筑缍嗨蛄褰峁，目前的研究和应用还很少。美国规范 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响第三章连接方式对结构性能的影响连体与双塔的

13、连接方式主要分为强连接和弱连接，通常采用刚性连接、铰接连接、滑动连接、弹性连接等几种方式，相当于连体端部的约束方式不同，导致其自身受力特性不同：对于整个结构来说，连接方式的不同会导致两个塔楼间协同工作程度不同，从而对整个双塔连体结构的静力、动力特性产生影响。刚性连接是连体与塔楼的连接方式中连接作用最强的一种，结构类似于巨型门式框架。它加强了连体与塔楼之间、两个塔楼之间的联系，使得整个双塔连体结构作为一个整体结构工作，这是它最大的优点。采用这种连接方式的连体不仅要承受自身的恒载、活载，更主要的是协调两塔楼在水平、竖向荷载作用下产生的不均匀变形。这时，连体与塔楼的连接处会产生较大的弯矩、剪力和轴力

14、，并且上、下弦杆的轴力和弯矩还会构成很大的整体弯矩、剪力。这就要求连体部分本身具有较高的强度和刚度，支座处理一定要保证连体能够协调两塔楼的变形，要特别注意加强连体结构与主体结构的连接。必要时连接体结构可延伸至主体结构内筒并与其可靠连接；如无法伸至内筒，也可在主体结构内沿连接体方向设置型钢混凝土梁与主体结构可靠锚固。连接体结构的楼板应与主体结构的楼板可靠连接并加强配筋构造。当与连接体相连的主体结构为钢筋混凝土结构时，竖向构件内宜设置型钢，型钢宜可靠锚入下部主体结构。滑动连接属于一种弱连接方式，当连接体本身的刚度较弱时，即使做成 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响双塔连体结构的计

15、算模型下文通过几个算例，分别研究了连接方式不同对整体结构的受力特点、地震作用下的位移、振型和结构自振周期等问题的影响分析。为一端刚接一端滑移，图所示。构件 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影呷图模型一为两端刚接 图模型一为两端铰接进行计算时作了如下假定和处理：图双塔连体结构基本计算模型 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响楼间的共同作用，因此连接体的楼板必须考虑楼板的变形，此处采用弹性楼计算模型周期的比值。 。，阵删图不同连接方式下结构的周期变化曲线的周期，为了更清晰明了地表现出不同连接方式下非对称双塔结构周期的变。 浙江工业大学硕士学位论文连体位置及其与塔楼的

16、连接方式对高层连体结构性能的影响单塔模型一模型二模型三趜口趜，琹，琹，琹，琹，琹戎阵型 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响连接方式对双塔结构振型的影响对于这种各部分刚度相差悬殊的连体结构，模态的选取对结构有较大的影响。如果取的模态太多，不仅会耗费大量的计算时间和空间，而且难以界定计算的正确性。为保证抗震分析的正确可靠，须研究模态的合理截取和选取。实际计算表明，抗震分析时，合理的模态选取可以使分析结果合理可靠，同时节约计算时间和存储空间。贰巍綧】刃刃第啄赺，方向的参与因子定义为易刃二【肘】作用力方向，每阶模态可能各有琘，兀琫第啄贘方向的位移响应为 连体位置及其与塔楼的连接方式对

17、高层连体结构性能的影响式可知，。以下证明有效质量总和等于结构总质量或总转动惯量：喜心；妒【縶，衦【縶，；【縶舛“刃，【縶刃粄舛局狻縶，：【縶坼式中：鸠结构总质量或总转动惯量。定义模态质量与总质量的比率为模态贡献率：驴两葡瓦。 浙江工业大学硕士学位论文连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响转振型均为纯扭转振动，没有耦合现象发生，这与节中周期表中的平动系数和扭转系数是相一致的。阶阶 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响阶阶阶方向振型曲线入筻阶阶 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响耦联的影响。阶阶阶 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响

18、上懈上撕上擀上晰 入旦珊上晰上蝴上晰 哳上嚣上蝴 阶 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响连接方式对双塔结构楼层剪力的影响振型分解反应谱法的较大值。 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响通过对称双塔结构的三种计算模型的比较分析，可以得到在荷载相同的情况下，模型一、模型二、模型三在地震作用下的方向的楼层剪力，详见表和表。表方向楼层剪力模型一 。楼层模型一 浙江工业大学硕士学位论文连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响响有如下规律：鸵缓湍投趚方向层间剪力的变化规律是：从底层往上逐步加大，在第愦锏阶畲螅层到层开始逐步变小。通过非对称双塔结构的三种计算模型

19、的比较分析，可以得到在荷载相同表方向楼层剪力楼层模型一模型三比较表和表的数据可知： 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响楼层模型一模型三 。 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响部结构质量的增大，其层间位移略大于单塔楼结构；方向的层间位移基本无影响；赬方向无连接体的层间位移值随着塔楼层数的增高而单调变大，在顶层处达到最大；而当有连接体存在时，连接体下方因被协调性较弱，层间位移值与无连接时相近，但当到达连接层时，结构的层间位移减小趋势非常明显，说明连接体的存在对两塔楼层间位移的协调作用是很大的，特别是在连接体的方向上。楼层甇 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体

20、结构性能的影响模型二模型二作用下的层间位移，其位移值见表捅。表较虻淖畲蟛慵湮灰楼层甇甇 楼层模型二捎诹犹逶际饔茫琗方向无连接时的层间位移值大于有连接时；低阶振型的影响小于高阶振型的影响。连接方式的不同对对称结构和非对称结构的周期影响不大，连接体与主体刚接时结构周期最短。 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响连接体位置对双塔结构周期的影响结构的周期。“ 浙江工业大学硕士学位论文连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响，口趜，琹，琹，戎翌结构的周期。 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响表连接体位置不

21、同时双塔结构周期值层，琣趜，琣趜，琣趜，琹，琹，琌，琹，将表中三种模型各阶振型的周期值与表中层单塔各阶振型的炔伯戎 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响连接体位置对双塔结构振型的影响上上上阶。 浙江工业大学硕士学位论文阶阶阶阶阶阶方向振型曲线 浙江工业人学硕十学位论文连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响图和图直鹗橇犹逶诘层和第层时非对称双塔整体结构之晰支嘶少阶阶 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响阶阶阶阶方向振型曲线歹上卅上撒阶阶没有对称振型；的增加，两塔出现较为明显的独立振动。连接体位置对双塔结构楼层剪力的影响通过对称双塔结构的三种模型的计算

22、结果比较分析，可以得到在荷载相详见表和表。 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响表方向楼层剪力层 层 见表和表。 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响 层 通过对称双塔结构的三种计算模型的比较分析，可以得到在荷载相同的来说，随着连接体位置的上移，整体结构的位移值变小。甇 浙江工业大学硕士学位论文连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响表方向层问位移甇甇甇 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响大，可见，就整体结构来说，连接体位于顶层时结构上部侧移小，层间位移移而增大。 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响随着连接体位置的下移，两塔出现较为明显的独立振动； 连体位置及其与塔楼的连接方式对高层连体结构性能的影响第五章结论与展望结论剪力越大；对于单塔结构，非对称双塔结构的振型要复杂得多且规律不明显，结构不仅方向的地震的楼层剪力