金成

摘要：連接體是連體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，在地震作用下，它所承受的不僅有豎向荷載產(chǎn)生的力，而且還有協(xié)調(diào)2個(gè)塔樓振動(dòng)變形而產(chǎn)生的拉、壓、彎、剪力，因此，對(duì)連接體的抗震性能分析也是研究連體結(jié)構(gòu)抗震性能的一個(gè)重要的部分。本文對(duì)連體結(jié)構(gòu)的抗震抗震性能與設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：高層建筑；連體結(jié)構(gòu)；彈性時(shí)程；靜力彈塑性

1.工程概況

本工程地下一層，局部核六級(jí)人防。地上主樓共兩座，分別為二十一層和十八層，主體結(jié)構(gòu)高度為79.8米及69.0米。在十四～十六層設(shè)連廊辦公空間，因此形成了雙塔連體結(jié)構(gòu)。工程鳥(niǎo)瞰圖及結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層平面布置圖如下圖。

自然條件和設(shè)計(jì)依據(jù)如下：

（1）建筑設(shè)防類別：丙類；建筑抗震設(shè)防烈度為7 度0.15g，

（2）設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為Ⅲ類，，設(shè)計(jì)特征周期為0.45s

（3）地面粗糙度為B 類，基本風(fēng)壓按100 年一遇的風(fēng)壓并考慮相鄰建筑的相互干擾增大系數(shù)[1]，取0.65kN/m2。

2. 結(jié)構(gòu)方案

結(jié)合建筑布置，主體采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。為控制單塔的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)在各塔樓的四周布置雙向剪力墻；同時(shí)在樓梯、電梯間周圍布置剪力墻形成了抗扭剛度較大的內(nèi)筒。為了盡量減小兩個(gè)塔樓的剛度差異，適當(dāng)減小右側(cè)塔樓的材料強(qiáng)度及剪力墻厚度；從而減小由于兩個(gè)塔樓剛度差異過(guò)大而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)。

連接體是連體結(jié)構(gòu)中一個(gè)重要組成部分，其主要作用是在整個(gè)結(jié)構(gòu)中協(xié)調(diào)2個(gè)塔樓的變形。由于各塔樓的剛度及質(zhì)量不同，結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性和變形也不同，要協(xié)調(diào)兩塔的變形，連接體必然要受到很大的作用力；所以連接體與塔樓應(yīng)該有非?？煽康倪B接。通常的連接形式有剛接、鉸接、彈性連接。本工程連接體與主樓采用剛性連接。為便于連接體支座設(shè)計(jì)及減輕連接體自身重量，本工程連接體采用由型鋼混凝構(gòu)件組成的桁架。連接體平面布置詳圖3；立面布置詳圖4。

3.結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析

3.1 計(jì)算模型及主要參數(shù)

結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院SATWE及PMSAP兩種程序（本文并未列出PMSAP的計(jì)算結(jié)果），并采用SATWE所帶的時(shí)程分析功能進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充分析計(jì)算。用EPDA軟件進(jìn)行在罕遇地震作用下的靜力彈塑性分析。振型組合數(shù)為30，質(zhì)量參與系數(shù)>90%。周期折減系數(shù)取0.8。樓板假定：計(jì)算周期和位移時(shí)采用剛性樓板假定；計(jì)算桿件內(nèi)力和截面設(shè)計(jì)時(shí)采用真實(shí)反映樓板平面內(nèi)剛度的假定，即連體部分的樓板定義為彈性膜[3]。

3.2 反應(yīng)譜分析結(jié)果

3.2.1 結(jié)構(gòu)自振周期

由表1可以看出結(jié)構(gòu)的T3/T1及T3/T2的比值均較小于0.8，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的抗扭剛度較強(qiáng)；但由于連體結(jié)構(gòu)的存在結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)自身的扭轉(zhuǎn)作用較明顯。查看結(jié)構(gòu)的整體振動(dòng)圖，發(fā)現(xiàn)第二振型的平動(dòng)效應(yīng)更加明顯因此同時(shí)對(duì)T3/T2進(jìn)行了計(jì)算，其結(jié)果小于0.8進(jìn)一步說(shuō)明了該結(jié)構(gòu)整體抗扭剛度較強(qiáng)。

3.2.2 剛度及承載力比

由剛度比及承載力比的結(jié)果可以看出該結(jié)構(gòu)屬豎向規(guī)則結(jié)構(gòu)。

3.2.3 扭轉(zhuǎn)位移比

由圖6可以看出結(jié)構(gòu)X向抗扭剛度較強(qiáng)扭轉(zhuǎn)位移比均小于1.2，結(jié)構(gòu)Y向抗扭剛度雖然大于1.2但并未超出1.4。連接體的存在造成結(jié)構(gòu)在該處樓層的扭轉(zhuǎn)位移比略有增大。

3.2.4 地震作用下結(jié)構(gòu)基底剪力及傾覆力矩

圖7顯示了框架及剪力墻的樓層剪力及傾覆彎矩分布。高規(guī)要求框架應(yīng)具有承擔(dān)至少20%地震剪力的能力以保證實(shí)現(xiàn)雙重抗側(cè)力系統(tǒng)。高規(guī)規(guī)定對(duì)不滿足要求的框架進(jìn)行了內(nèi)力放大，采用放大后的內(nèi)力對(duì)框架的承載能力進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)果顯示框架承受的地震傾覆力矩小于總地震傾覆力矩的50%，因此框架部分的設(shè)計(jì)按照框架剪力墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)要求進(jìn)行。

3.3 彈性時(shí)程分析的補(bǔ)充驗(yàn)算

根據(jù)場(chǎng)地土動(dòng)力特征Tg = 0.45s，選取了一條人工波RH1TG045和兩條天然波TH1TG045、TH2TG045進(jìn)行彈性時(shí)程分析：地震波持續(xù)時(shí)間不小于結(jié)構(gòu)基本周期的5倍，小震地震加速度各分量的取值為（各方向分量取1∶ 0.85∶ 0.65）、主分量方向55cm/s2、次分量方向46.75 cm/s2、豎向分量方向3775 cm/s2。計(jì)算結(jié)果如圖10、圖11所示。從圖中可以看出：三條波計(jì)算得到的兩個(gè)方向的基底剪力均不小于CQC 方法計(jì)算結(jié)果的65%，其平均值不小于CQC 方法計(jì)算結(jié)果的80%，計(jì)算得到的兩個(gè)方向?qū)娱g位移角分別為1/1 973，1/1649，滿足規(guī)范要求。由圖9可以看出結(jié)構(gòu)在上部樓層受高振型的影響，部分時(shí)程的樓層剪力結(jié)果要大于反應(yīng)譜，但各條時(shí)程波的剪力平均值仍小于反應(yīng)譜。

3.4 罕遇地震作用下彈塑性分析

考慮到工程的重要性及復(fù)雜性，采用EPDA 程序進(jìn)行了罕遇地震下的靜力彈塑性性分析。側(cè)推荷載選擇彈性CQC地震剪力，結(jié)果顯示X向、Y向的需求層間位移角為1/153、1/196均小于規(guī)范規(guī)定的限值（1/100）因此該結(jié)構(gòu)罕遇地震下的變形滿足要求。

4. 結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)估及構(gòu)造加強(qiáng)

由以上分析結(jié)果可以看出：該結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則，抗扭剛度良好，框架與剪力墻剪力分擔(dān)比合理；計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求?？紤]到該結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性從概念設(shè)計(jì)角度對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了構(gòu)造加強(qiáng)：

（1）對(duì)框架柱考慮0.2Q0的調(diào)整進(jìn)行設(shè)計(jì)；對(duì)角柱及與其相連的框架梁在考慮0.2Q0后仍進(jìn)行適當(dāng)加強(qiáng)。

（2）連接體所在層的樓板加厚至150mm，并采雙層雙向配筋。最小配筋率不小于0.3%。

（3）與連接體相連的梁（并延伸1跨）和柱提高一級(jí)抗震等級(jí)；與連接體直接相連的柱采用鋼骨混凝土柱，鋼骨向連接體以下延伸2層，所有鋼骨柱箍筋均全層加密。

（4）連接體所在層的下一層，混凝土強(qiáng)度適當(dāng)提高，進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)按薄弱層進(jìn)行處理對(duì)全層剪力放大1.15倍。（5）考慮高振型的影響，對(duì)頂部樓層，進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)將剪力放大10%。

5.結(jié)束語(yǔ)

（1）連體高層建筑的塔樓結(jié)構(gòu)布置宜對(duì)稱或相近，當(dāng)受限建筑布置無(wú)法改變時(shí)結(jié)構(gòu)應(yīng)采取相應(yīng)措施來(lái)使各塔樓間剛度盡可能接近，應(yīng)適當(dāng)增加各塔樓的抗側(cè)剛度和扭轉(zhuǎn)剛度；

（2）連體結(jié)構(gòu)應(yīng)采取多種適合的程序計(jì)算比較，并采用彈性時(shí)程分析對(duì)反應(yīng)譜法作補(bǔ)充驗(yàn)算，同時(shí)還需進(jìn)行罕遇地震作用下彈塑性分析；

（3）為使連接體能更好的協(xié)調(diào)兩側(cè)塔樓，連接體的樓板有效寬度應(yīng)足夠，當(dāng)長(zhǎng)寬比過(guò)大時(shí)應(yīng)進(jìn)行連接體處樓板的應(yīng)力分析；

（4）應(yīng)根據(jù)連接體的跨度、高度、位置及兩側(cè)塔樓的情況，選用連接體的連接形式及材料。

（5）對(duì)連接體的構(gòu)造要求應(yīng)適當(dāng)提高，以滿足性能化設(shè)計(jì)的要求。

參考文獻(xiàn)：

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