摘 要：文章采用大型有限元分析軟件SAP2000，建立了對(duì)稱雙塔樓連體結(jié)構(gòu)有限元分析模型，研究了當(dāng)連體位置發(fā)生變化時(shí)，采用柔性連接方式情況下，對(duì)稱雙塔樓連體結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)及特性。分析結(jié)果表明：當(dāng)連體位于結(jié)構(gòu)中上部位時(shí)，連體位置變化對(duì)連體結(jié)構(gòu)塔樓頂層位移響應(yīng)的變化影響較大。

關(guān)鍵詞：連體結(jié)構(gòu)；對(duì)稱雙塔樓；柔性連接

1 概述

采用連體結(jié)構(gòu)建立的建筑物往往氣勢(shì)宏偉、造型復(fù)雜，極具大都市氣派。近年來，連體結(jié)構(gòu)正在被廣泛使用，又因?yàn)槠錈o論從造型、建筑體量及連接部位、連接方式等方面均呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性與規(guī)范的超限性，國(guó)內(nèi)外眾多的專家學(xué)者對(duì)其抗震性能作了一定的探討。

地震災(zāi)害表明：地震作用下，連體結(jié)構(gòu)往往會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的破壞，尤其是當(dāng)連體與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛性連接時(shí)，往往由于連體與主體之間發(fā)生的碰撞，從而導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重；當(dāng)連體與主體之間采用滑移連接時(shí)，連體塌落比較多[1-4]。因此，如何減輕連體結(jié)構(gòu)體系在地震作用下的損傷，提高連體結(jié)構(gòu)的整體可靠性，防止地震作用下連體跌落和減小連體對(duì)主體結(jié)構(gòu)碰撞所造成的損傷，并且采取合適的連接方式，選擇適當(dāng)?shù)倪B接位置，對(duì)于提高連體結(jié)構(gòu)的整體性能和研究連體結(jié)構(gòu)的地震作用響應(yīng)具有重要的意義。

2 計(jì)算與分析

文章采用大型有限元分析軟件SAP2000，建立了兩個(gè)6層單體結(jié)構(gòu)，采用柔性連接方式，通過改變連體結(jié)構(gòu)的連接位置，分別對(duì)連體處于不同位置的對(duì)稱雙塔樓結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，選擇7條地震波，對(duì)地震作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行分析，給出了對(duì)稱雙塔樓結(jié)構(gòu)建議的連接位置，以尋找最有利的連體結(jié)構(gòu)連接位置。

2.1 模型的建立

文章根據(jù)前人研究結(jié)果[5-7]，采用SAP2000有限元分析軟件對(duì)一個(gè)對(duì)稱雙塔樓模型在有配重和無配重兩種情況下進(jìn)行了分析，通過變換連體位置，即當(dāng)兩個(gè)塔樓分別在二層、三層、四層、五層和六層柔性連接時(shí)，——進(jìn)行了仿真研究。仿真采用直徑為6mm的steel為立柱單元，彈性模量為200Gpa，樓板采用厚度為2mm的鋼材shell單元，柱網(wǎng)間距：左塔129mm×186mm，右塔129mm×186mm，兩模型塔樓間距130mm，有配重模型采用來源荷載與質(zhì)量放大的方式加載，經(jīng)建模分析后無配重連體結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)質(zhì)量總和為5.48kg與實(shí)際試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嗖?.19kg，配重連體質(zhì)量為10.96kg，與實(shí)際試驗(yàn)?zāi)Ｐ唾|(zhì)量相差0.89kg。為便于形成對(duì)比，本節(jié)仍采用對(duì)頂層地震響應(yīng)分析的基本思路進(jìn)行。SAP2000有限元分析模型的3D透視圖如圖1所示。

2.2 連體結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析

采用圖1所示的三維模型進(jìn)行動(dòng)力分析，得到當(dāng)連體位于2-5層時(shí)沿連體設(shè)置方向的前3階振型與自振頻率，其中自振頻率如表1所示。為使描述精練，圖1僅列出連體位于2層時(shí)的前3階振型。由表1可以看出，結(jié)構(gòu)總體質(zhì)量的增加，使得結(jié)構(gòu)自振頻率減小，即結(jié)構(gòu)自振周期變長(zhǎng)。此外，隨著連體位置上升，結(jié)構(gòu)自振頻率在無配重和有配重兩種工況下呈現(xiàn)先增加后減小的變化規(guī)律，該結(jié)論可從動(dòng)力學(xué)角度說明當(dāng)連體位于塔樓中間部位時(shí)，連體對(duì)塔樓的約束作用加強(qiáng)，此時(shí)連體自身的受力也最為復(fù)雜。

2.3 連體結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析

連體位置變化對(duì)頂層加速度響應(yīng)影響的均值與均方差統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示。連體不同位置、配重在7條天然地震作用下的頂層加速度最大值統(tǒng)計(jì)如表如表2、表3所示。對(duì)比分析表2和表3，可以得出。

對(duì)于有配重連體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)響應(yīng)隨連體位置變化而變化。呈現(xiàn)出隨連體位置上升，頂層加速度先減小后增加再減小的規(guī)律。對(duì)無配重工況，隨著連體位置上升，有限元分析頂層加速度變化不明顯，略有減小的趨勢(shì)，且在5層時(shí)達(dá)到最小。分析結(jié)果表明，當(dāng)連體位于結(jié)構(gòu)中上部位時(shí)，連體位置變化對(duì)連體結(jié)構(gòu)塔樓頂層位移響應(yīng)的變化影響較大。

3 結(jié)束語

文章采用SAP2000有限元分析軟件分析了一個(gè)對(duì)稱雙塔樓模型在有配重和無配重兩種情況下，當(dāng)柔性連接位置變化時(shí)結(jié)構(gòu)在7條天然地震波作用下的反應(yīng)。研究結(jié)果表明：

（1）在無配重條件下塔樓頂層位移響應(yīng)受連體位置影響變化規(guī)律不明顯。（2）在有配重條件下，連體位置變化對(duì)結(jié)構(gòu)頂層的位移響應(yīng)影響顯著。且隨著位置上升對(duì)加速度響應(yīng)突變現(xiàn)象明顯，存在先減小后增加在減小的變化規(guī)律。

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作者簡(jiǎn)介：王光環(huán)（1989-），女，甘肅靜寧人，工學(xué)碩士，從事結(jié)構(gòu)減震控制方面的教學(xué)與研究工作。