连接体变化对非对称连体结构的动力响应分析
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摘要：本文结合算例，对连接体变化时非对称连体结构的动力特性进行了分析。分别考虑连接方式和连接置变化时对结构的动力特性的影响。结果表明：连接方式中柔性连接优于刚性连接；连接置过低时结构变化复杂，对结构很不利。
关键词：连体结构 连接方式 连接置 动力特性
1.引言
为了满足建筑艺术和城市规划对高层建筑体型的新要求，在建筑物的立面上开大洞、几座建筑物用若干楼层连为一个整体又或者两个或多个高层建筑由设置在一定高度处的架空连接体相连而组成，构成了连体建筑。本文通过对连接方式和连接置变化情况对高层连体结构动力响应分析，以供相关实际工程应用或研究参考。
2. 计算模型
【模型】非对称双塔结构，结构形式为框架-剪力墙结构，左塔25层，右塔18层，层高均为3.0m，板厚100mm,混凝土等级为C40,连体部分材料选取Q335级钢，结构各个构件代号及截面尺寸见表2.1，结构平面和立面整体图分别见图2.1（a）和2.1（b）。两塔楼间有6m高连接体，跨度21.6米。
表2.1构件尺寸 （单位：mm）
构件 截面尺寸 构件 截面尺寸
框架柱（KZ） 800×800 桁架柱（HKZ） H500×300×12×20
框架梁（KL） 400×600 桁架梁（HKL） H400×300×10×16
剪力墙（WALL） 300 桁架斜腹杆（HJX） 200×200×20
图2.1（a） 算例结构平面图 图2.1（b） 算例结构立面图
3. 连接体变化时非对称结构的动力特性
3.1连接方式变化对结构振动形态的影响
当连接方式采用支座连接时，橡胶支座搁置在连接体底部柱牛腿上。
【算例1】连接体两端与塔楼刚性连接，简称“两端刚接”；
【算例2】连接体两端与塔楼两端铰接，简称“两端铰接”；
【算例3】连接体一端与塔楼铰接，一端与塔楼用橡胶支座连接，简称“一端铰接一端刚接”；
【算例4】连接体两端与塔楼铰接，简称“两端铰接”。
表3.2连接方式变化时结构部分振动形态
模态阶数 两端刚接 模态阶数 两端铰接 模态阶数 一端铰接一端支座 模态阶数 两端支座
由表3.2可看出：
（1）非对称连体结构自由振动的形态不是单纯的某一方向的振动，而是往往伴随着多个方向的同时振动，并且高层建筑连体结构的扭转也比一般的高层建筑更为复杂，结构的平扭耦联振动比较显著，可以说已经成为连体结构(尤其是非对称双塔连体结构)重要的基本振动特征；
（2）低阶周期下，算例3、4的高低塔相互耦联振动相对减弱，说明由于连接强度的降低，结构耦联效应相应减弱，无法像强连接那样能较好地协调两塔变形，因此，两塔楼的相互影响较小，基本为塔楼的独立振动。
3.2 连接置变化对结构振动形态的影响
【算例1】连接于第22层；
【算例2】连接于第12层；
【算例3】连接于第6层。
表3.3 连接置变化时结构部分振动形态
模态阶数 第22层 模态阶数 第12层 模态
表3.3中可看出：
（1）算例1、2的第一、二阶振型是Y向的平动和X向平动，并非常规的平动顺序，说明结构的非对称性导致结构刚度大的差别对结构自振周期影响很大；
（2）算例3的变化更为凸显，整体的第一振型从第二模态阶数开始，第一扭转振型滞后，说明随着连接置的降低，结构振动形态复杂化，不规律性突出，不利于结构的动力特性。
4. 水平地震作用下的结构动力特性分析
本算例设防烈度为8度,基本地震加速度为0.20g。场地类型为Ⅱ类，设计地震分组为第一组，场地特征周期Tg=0.35s。梁上均布荷载17kN/m,楼面恒荷载4.5kN/m2,楼面活荷载2kN/m2，屋面恒荷载6 kN/m2，屋面活荷载2kN/m2，地震时程分析采用在实际地震波记录中较为典型的Taft波，加速度峰值为152.7gal。
我国《建筑抗震设计规范》5.1.2规定，8度区应将其加速度峰值调至：多遇地震70cm/s2，罕遇地震400cm/s2。
5. 结语
连接体结构因为通过连接体将不同的结构连在一起，体型比一般结构复杂，因此连接体结构的受力比一般单体结构或多塔楼结构更复杂，不同情况下对结构受力影响不同：
（1）连接方式连接方式采用“两端刚接”和“两端铰接”时，在低阶振型没有差异，在高阶振型有一定的差异，二者的周期值基本吻合。当连接方式采用“铰接+支座”、“两端支座”时，结构的各阶周期均大于前两种连接方式的结构。并且随着连接的减弱，与强连接方式相比，利用阻尼器的阻尼耗能特性可以有效地改善(或减小)两塔的楼层位移反应，这对结构是有利的。
（2）连接体的设置对于结构顶层位移的影响较大且使其减小,并且随着连接置的上升,顶层位移逐渐减小，说明设置连接体就顶层位移而言是有利的。,连接体应尽可能被放置在顶层位置处,如必须设置在中间层,则需进一步验算相邻楼层的薄弱层,并采取相应的措施,故建议在工程设计和实践中应充分考虑各方面影响选择对结构相对最优方案。注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。