关于带转换层的高层混凝土结构的探索

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摘要：大底盘不对称双塔高层建筑结构体系是当前结构工程学科里面一个崭新的研究领域，工程应用背景广泛，相关理论也正逐步的发展和成熟。它与一般结构的区别在于其是由多个受力部分组成的，且结构又具有不对称性。因此，其动力特性比一般的单体以及普通的对称结构都要复杂的多，且由于大底盘的存在，实际上是也给两塔之间提供了一定的刚度和阻尼上的影响，结构的地震响应比较复杂，同时造成结构扭转的加大等现象。

本文拟对等高布置的双塔高层结构与不等高但平面对称布置的双塔高层结构在地震作用下的动力响应进行了相关对比分析。通过改变右塔楼层数，研究了结构层数单因素不对称性对大底盘非对称双塔结构的地震作用产生的影响。

关键词： 大底盘;不对称双塔;动力特性;地震作用

中图分类号：TV331文献标识码： A

About Appendix E Of High-Rise Concrete Structure Technical Specification's Expioration

LiMing LiShujin

(Ali Road, Qingdao Huangdao economic and Technological Development Zone No. 11 . 266500)

Abstract: Asymmetric Twin Tower Building large chassis structure system is the current structure of engineering disciplines which a new research field, and its engineering background is very extensive, related theory is progressing the development and maturity. It is the difference between the general structure of its force by the number of components, and that the structure also has the asymmetry. Therefore, the dynamic performance than the monomer as well as ordinary symmetry to be more complex, and because the presence of a large chassis, in fact, between the two towers is also to provide a certain amount of stiffness and damping on the impact of the structure more complex seismic response, while reversing the increase caused by such phenomena as the structure

This paper layout of the tower though it's not high but the plane symmetrical layout of the twin-towers-high-rise structure in the earthquake under the dynamic response of the relevant comparative analysis. Layers by changing some floors of the right tower of the structural which is single-factor chassis in the seismic impact.

Key words: Big Chassis;Asymmetric Towers; Dynamic;The Earthquake Effect

0引言

近伴随着社会的发展,高层建筑越来越朝着高强度、高层次等方向发展。然而过去由于受到计算软件功能的制约，通常先将这类结构形式进行简化即按各单塔把底盘切成若干份，并同时考虑相邻结构部位间荷载的传递，使之形成独立的单塔结构然后分别加以计算。随着软件功能的提高，目前应用的SATWE结构分析程序[1]，基本能满足计算带转换层的大底盘不对称双塔楼时精度的要求。

1带转换层的大底盘双塔结构

1.1大底盘双塔楼结构的简单分类

常见的大底盘双塔结构主要有三种即双塔楼结构、带缝双塔楼结构、复杂双塔楼结构。

大底盘双塔楼结构主要有以下三个特征：（1）底盘上部有两栋塔楼：如果其上只有一栋塔楼属单塔结构，不是多塔结构；（2）地上应有大底盘：如两个塔楼是通过地下室连为一体的，而没有大底盘，也不是严格意义上的双塔结构，但可以参考双塔结构的计算分析方法进行设计（3）大底盘应较大，可以将两个塔楼连为一体。如仅有局部小底盘但不能连为一体，也不是双塔结构。

带缝大底盘双塔楼结构：由于设计的需要，建筑结构被抗震缝、沉降缝以及伸缩缝等分成若干部分。

复杂大底盘双塔楼结构：它是在双塔楼结构基础上又增加了其它复杂结构，如加强层、转换层、连体、错层等。

1.2转换层的概念和类型

1.2.1转换层的概念

由于建筑功能需要，建筑结构按上部为小空间下部为大空间。上部的部分竖向杆件需要通过某些水平转换结构才能与下部的竖向杆件才能连接以达到连续贯通的落地的结构要求，带有这种水平转换结构的高层建筑称为带转换层的高层建筑。

1.2.2转换层的类型

带转换层的高层建筑发展到现在，转换层的结构形式主要有以下四种：梁式、板式、桁架式以及箱形。此外还有一些不太常见的形式：拱式、合柱式、巨型框架等形式。

混凝土梁式转换层设计和施工简单；受力明确；造价合理，因此其在国内应用最为普遍，约占总转换层结构的85％以上。梁式转换层在底部大空间剪力墙结构之中应用较广。梁的跨度较大时，设计中转换梁的尺寸常常由抗剪承载力来控制，所以梁的截面尺寸也很大，如果处理不好，转换梁与框架柱便会很容易形成强梁弱柱，对结构抗震不利。但是如果梁的尺寸过大，尤其当梁高过大，会影响建筑功能，如外层转换梁设计不当会影响建筑的通风采光等效果。尽管如此，由于梁式转换层优点突出在国内外得到了最为广泛的应用。施加预应力的方法对减小混凝土转换梁梁高效果不明显，因为转换梁的尺寸主要由抗剪承载力而非抗弯承载力所决定；梁高度过大加大了施工的难度。减小混凝土转换梁梁高的一个有效的办法是采用钢骨混凝土结构，即用型钢埋入混凝土内的组合结构。钢骨混凝土与普通钢筋混凝土结构相比，其型钢不受含钢率的限制，因而可以减小构件的截面；其延性好，更有利于抗震，这一点对高层结构来说尤其重要。

2关于振型组合方法的简单介绍

下面本文将简单介绍一下以上两种方法：

SRSS（简称“平方和开平方”）是一种建立在随机独立事件理论基础之上的概率统计方法，因此其前提是参与数据处理的各事件间必须是相互独立的，不能存在任何耦合关联关系。如果结构的自振频率或自振形态相差较大时，便可近似的认为各个振型的振动是相互独立的，此时采用SRSS法计算的结果便比较准确。但是如果结构的一些振型集中分布在某个区间时，这些振型的频率值就比较接近，对这些振型进行分析就不适合直接采用SRSS法，而是先作特殊处理，之后再采用SRSS法进行计算。

CQC振型组合法是一种建立在相关随机事件处理理论之上的完全组合法，该方法不但考虑了所有事件之间的关联性，而且还将一系列互相关系数运用到计算公式中。但是求出这些系数的过程又比较麻烦，因为当互相关系数比较小的时候，即事件间的关联性很弱时，可以近似认为是它们之间是相互独立的，这时再应用SRSS法来计算。

对称的双塔楼建筑，虽然结构存在平扭耦连振型，但是由于其振型参与系数为零，通常采用SRSS法进行组合；而单轴对称的双塔楼结构，当只对单向地震作用进行分析时，由于在对称轴方向仅存在平移振动，一般采用SRSS法进行组合[2]。对于非对称的双塔楼高层建筑来说，由于其存在平移和扭转振动，有些周期比较接近的振型，其地震效应间存在相关性；此时用SRSS法对结构进行地震作用组合时，计算分析产生的误差较大，宜采用CQC法[3]。

3计算程序的选择

3.1本文使用的分析软件

虽然目前的结构分析程序已基本满足复杂大底盘不对称双塔楼结构计算精度的要求，但一般仍有一个单元数的限制，因此还需对构件数量较多的复杂高层结构，进行一些合理的简化。对于复杂高层结构的地震反应计算和分析，计算模型精细的SATWE计算程序也很受欢迎。本工程的结构计算主要采用中国建筑科学研究院编制的PKPM系统三维多高层设计软件SATWE进行，同时应用了振型分解反应谱法对结构进行计算分析，并在计算结构的地震反应时取得了良好的效果。PKPM是一个集成化的分析与设计软件，它可以对多、高层中不同的体系类型进行结构分析和设计，也可以根据需要完成国内个别地区的结构规范设计，是国内公认的主流工程设计计算程序，并在全国范围内得到广泛应用。带大底盘的不对称双塔楼结构是复杂的三维空间结构，在用SATWE程序对结构进行技术分析时，需要考虑多因素对结构模型准确性的影响。

4结论

当转换层所在层号= 2

转换层下部结构起止层号及高度= 1- 2，7.80米

转换层上部结构起止层号及高度= 3-4，6.60米

左塔楼为7层时，采用的楼层刚度算法:层间剪力比层间位移算法

X方向下部刚度= 0.2018E+07 X方向上部刚度= 0.1996E+07 X方向刚度比= 0.8367

Y方向下部刚度= 0.1583E+07 Y方向上部刚度= 0.2694E+07 Y方向刚度比= 1.4401

左塔楼为8层时，采用的楼层刚度算法:层间剪力比层间位移算法

X方向下部刚度= 0.2013E+07 X方向上部刚度= 0.1989E+07 X方向刚度比= 0.8362

Y方向下部刚度= 0.1598E+07 Y方向上部刚度= 0.2675E+07 Y方向刚度比= 1.4160

左塔楼为9层时，采用的楼层刚度算法:层间剪力比层间位移算法

X方向下部刚度= 0.2012E+07 X方向上部刚度= 0.2052E+07 X方向刚度比=0.8630

Y方向下部刚度= 0.1609E+07 Y方向上部刚度= 0.2753E+07 Y方向刚度比=1.4477

左塔楼为10层时，采用的楼层刚度算法:层间剪力比层间位移算法

X方向下部刚度= 0.2015E+07 X方向上部刚度= 0.2251E+07 X方向刚度比=0.9453

Y方向下部刚度= 0.1648E+07 Y方向上部刚度= 0.2886E+07 Y方向刚度比=1.4818

左塔楼为11层时，采用的楼层刚度算法:层间剪力比层间位移算法

X方向下部刚度= 0.2016E+07 X方向上部刚度= 0.2479E+07 X方向刚度比=1.0404

Y方向下部刚度= 0.1743E+07 Y方向上部刚度= 0.3016E+07 Y方向刚度比= 1.4639

左塔楼为12层时，采用的楼层刚度算法:层间剪力比层间位移算法

X方向下部刚度= 0.2016E+07 X方向上部刚度= 0.2670E+07 X方向刚度比= 1.1208

Y方向下部刚度= 0.1958E+07 Y方向上部刚度= 0.3446E+07 Y方向刚度比= 1.4894

左塔楼为13层时，采用的楼层刚度算法:层间剪力比层间位移算法

X方向下部刚度= 0.2019E+07 X方向上部刚度= 0.2361E+07 X方向刚度比= 0.9895

Y方向下部刚度= 0.2040E+07 Y方向上部刚度= 0.3430E+07 Y方向刚度比= 1.4231

我们都知道刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标，通过对上面不同结构刚度比的分析可以发现：对称结构相对于非对称结构，转换层上下部分的刚度比越接近于1。

维持右部塔楼为13层，而左塔楼从7层到13层，结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比分别为0.665、0.674、0.693、0.762、0.825、0.875、0.883均小于0.9由此可见多塔结构越对称扭转作用越明显。

此外通过对比各结构第三振型的扭转系数还发现结构越对称或越接近于半对称，结构布置越有规律可循，且结构设计的各种参数越容易满足。

[参考文献] (References)

[1] PKPM系列多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计SATWE[M].北京：中国建筑科学研究院,PKPMCAD工程部，2002.

[2] 卞朝东等．高层连体结构振型及其参与系数的分析[J]．建筑科学，2002，(8)：18-24.

[3] 袁驷．介绍一个常微分方程边值问题通用程序-COLSYS[J]．计算结构力学及其应用，1990，(2)：29-37.