連接體結(jié)構(gòu)高層建筑抗震性能影響因素的分析(4頁).docx
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2022-07-11
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1、連接體結(jié)構(gòu)高層建筑抗震性能影響因素的分析【摘要】連體結(jié)構(gòu)是通過連接體將不同的結(jié)構(gòu)連在一起,體型比較復(fù)雜,因此連體結(jié)構(gòu)的受力一般比單體結(jié)構(gòu)或多塔樓結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。由于連體的存在,使得原來彼此獨立的各單體結(jié)構(gòu)成為一個復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的一部分,在地震作用下連接體的存在使得原來獨立發(fā)生振動的塔樓要相互作用、相互影響,因而其反應(yīng)遠 比單體結(jié)構(gòu)和無連接體的多塔結(jié)構(gòu)要復(fù)雜,會出現(xiàn)較強的平扭耦聯(lián)等現(xiàn)象,因此連接體的設(shè)置改變了結(jié)構(gòu)的動力特性。本文重點研究連接體結(jié)構(gòu)高層建筑抗震性能的影響因素。【關(guān)鍵詞】連接體;結(jié)構(gòu);抗震性能;影響因素前言隨著世界經(jīng)濟及科學技術(shù)的快速發(fā)展,自20世紀80年代以來,一批現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)以全2、新的形象出現(xiàn)在世界各地。為了體現(xiàn)建筑的新穎藝術(shù)造型及建筑多功能使用的要求,這些復(fù)雜的高層建筑采取了不同的高層建筑結(jié)構(gòu)體系,連接體結(jié)構(gòu)就是其中之一。連接體結(jié)構(gòu)體系由于連體而形成較強的空間韌聯(lián)作用,其分析模型、動力特性、破壞形式以及計算方法要比一般高層建筑復(fù)雜,在地震作用下由于連接體的存在使得由原來獨立發(fā)生振動的塔樓要相互作用,在地震作用下的反應(yīng)遠比無連接體結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜。按照高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ3-2003的定義,連體結(jié)構(gòu)屬于“復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu),其整體結(jié)構(gòu)的抗震性能及減震控制有待進一步的研究1。1 高層建筑連接體結(jié)構(gòu)特點2連體結(jié)構(gòu)因為通過連接體將不同結(jié)構(gòu)連在一起,體型比一般結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜3、,因此連體結(jié)構(gòu)的受力比一般結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。連體結(jié)構(gòu)應(yīng)關(guān)注下面幾個方面問題。1.1 扭轉(zhuǎn)效應(yīng)當風或地震作用時,結(jié)構(gòu)除產(chǎn)生平動變形以外,還會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形,扭轉(zhuǎn)變形隨著兩塔樓不對稱性的增加而加劇。即使對于對稱雙塔連體結(jié)構(gòu),由于連接體樓板變形,兩塔樓除了同向運動外,還會有相向運動,該振動形態(tài)是與整體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振型耦合在一起的。在實際工程中,由于地震在不同塔樓之間的差異是存在的,兩塔樓相向運動的振型形態(tài)極有可能發(fā)生響應(yīng),此時對連體部分的結(jié)構(gòu)受力很不利。1.2 連接體部分的設(shè)計連接體部分一方面要協(xié)調(diào)兩側(cè)結(jié)構(gòu)的變形,在水平方向荷載作用下承受較大的內(nèi)力;另一方面當本身跨度較大時,除豎向荷載作用外,豎向地震作用影4、響也較明顯。1.3 連接體兩端的連接方式連接體與兩側(cè)塔樓的支座連接是連體結(jié)構(gòu)的另一關(guān)鍵問題,連接處理方式一般根據(jù)建筑方案與布置確定,可以有剛性連接、鉸接、滑動連接等連接方式,但每一種方式均應(yīng)進一步優(yōu)化出較佳的方法和構(gòu)造措施。2 連體結(jié)構(gòu)的分類2.1 根據(jù)連體結(jié)構(gòu)的對稱性分類2.1.1 雙軸對稱連體結(jié)構(gòu)當塔樓和連體的平面、立面布置,剛度和質(zhì)量分布關(guān)于X、Y軸完全對稱且雙塔關(guān)于各自對稱軸對稱時,稱為雙軸對稱連體結(jié)構(gòu)。2.1.2 單軸對稱連體結(jié)構(gòu)當塔樓和連體的平面、立面布置,剛度和質(zhì)量分布僅關(guān)于X或Y軸對稱且雙塔關(guān)于各自對稱軸也具有相應(yīng)的對稱形式時,稱為單軸對稱連體結(jié)構(gòu)。2.1.3 非對稱連體結(jié)構(gòu)當5、塔樓和連體的平面、立面布置,剛度和質(zhì)量分布關(guān)于X、Y軸均不對稱稱為非對稱連體結(jié)構(gòu)。2.2 根據(jù)連體結(jié)構(gòu)與塔樓的連接方式分類2.2.1 強連接連體結(jié)構(gòu)當連接體結(jié)構(gòu)包含多個樓蓋,且連接體剛度足夠,能將主體結(jié)構(gòu)連接為整體協(xié)調(diào)受力、變形時,為強連接連體結(jié)構(gòu)。兩端剛接或兩端鉸接的連體結(jié)構(gòu)均屬于強連接連體結(jié)構(gòu)。2.2.2 弱連接連體結(jié)構(gòu)當兩個建筑之間設(shè)置一個或多個連廊時,連接體結(jié)構(gòu)較弱,無法協(xié)調(diào)連體兩側(cè)的結(jié)構(gòu)共同工作時,為弱連接連體結(jié)構(gòu),可做成連接體一端與主體結(jié)構(gòu)鉸接,一端做成滑動支座;或兩端均做成滑動支座。3 連接體結(jié)構(gòu)高層建筑抗震性影響因素3.1 連接體位置的影響33.1.1 連廊位置變化,對結(jié)構(gòu)的基6、本自振周期影響不大,且其大小介于相鄰結(jié)構(gòu)周期之間。3.1.2 連廊的設(shè)置對于結(jié)構(gòu)頂層位移的影響較大且使其減小,說明設(shè)置連廊就頂層位移而言是有利的,并且隨著連廊位置的上升,頂層位移逐漸減小。3.1.3 連廊位置變化,對層間位移的影響較大,針對非對稱連體結(jié)構(gòu),連廊應(yīng)盡可能被放置在頂層位置處,如必須設(shè)置在中間層,則需進一步驗算相鄰樓層的薄弱層,并采取相應(yīng)的措施。3.1.4 在非對稱連體結(jié)構(gòu)中,連廊位置變化對基底剪力有一定的影響,規(guī)律性不強,連接體受力復(fù)雜且往往很不利。3.2 連接體剛度的影響43.2.1 在縱向荷載作用下,當連體軸向相對剛度(取為上下連桿的相對剛度之和)達到一定的值時,兩塔樓頂部x向7、側(cè)移才接近,并隨著剛度的增加,接近程度加大,直至兩者相等。連梁軸向剛度一開始增大時,上下連梁的軸力都在增大,但當剛度達到一定數(shù)值時下連梁軸力繼續(xù)增大,而上連梁的軸力卻開始減小,但連梁總軸力只有少量的增加。增大連梁在豎向平面內(nèi)的抗彎剛度可以減小兩塔樓的側(cè)向變形,當較大時的雙塔連體結(jié)構(gòu)己類似于高層建筑中的巨型門式結(jié)構(gòu)。連梁在水平面內(nèi)的彎矩基本為零,豎向平面內(nèi)的端部彎矩隨著連梁剛度的增大,梁端彎矩也一直在增大。3.2.2 橫向荷載作用下當連體相對剛度較小時,連梁的連接作用很弱;隨著連體相對剛度增大,荷載作用的塔樓頂部橫向側(cè)移減小,另一塔樓頂部橫向側(cè)移增大,兩塔頂部轉(zhuǎn)角增大;當相對剛度達到一定數(shù)值時塔8、頂位移變化很小。兩塔樓頂部的轉(zhuǎn)角一直都很接近,這是因為塔樓的扭轉(zhuǎn)是由連梁端部的彎矩反作用在塔樓上引起的,而連梁兩端的彎矩接近,所以兩塔樓作用的扭矩也相差無幾,導(dǎo)致塔樓每一樓層的扭轉(zhuǎn)角都很相近。連梁的軸力和豎向平面內(nèi)的彎矩基本為零,注意到上連梁端部彎矩一直比下連梁端部彎矩大,連梁剛度越大,兩者的差值越大。連梁水平面內(nèi)的彎曲剛度達到一定數(shù)值時,此時連梁可視為面內(nèi)剛度無窮大。3.3 連接方式對位移響應(yīng)的影響3.3.1 對層間位移的影響(1)在兩端剛接和兩端鉸接情況下,無論是高塔還是低塔,其在X、Y向的層間位移基本相同,剛接和鉸接對兩塔樓的層間位移基本沒有影響;(2)對兩個塔樓的X向?qū)娱g位移來說,采用9、強連接和弱連接兩種連接方式時,弱連接方式能有效地改善(或減小)離連廊較遠處的塔樓樓層的層間位移,使得這些樓層的層間位移比強連接方式時更小。而對于連廊上下附近的塔樓樓層,采用強連接方式時的層間位移比弱連接方式要小。這說明采用弱連接方式時,由于連廊的連接作用較弱,兩塔樓基本是各自獨立地發(fā)生變形,受連廊的約束較小;而采用強連接方式時,由于連接作用的加強,在連廊附近的塔樓樓層受到連廊較強的約束,使得這些樓層的變形受到一定的限制,所以其層間位移小于弱連接時的位移。對于離連廊較遠處的塔樓樓層,強連接對其的約束很小,而弱連接由于有疊層橡膠支座和阻尼器的耗能作用,使得兩個塔樓的地震作用被減小了,從而使得在這些10、樓層處的位移反應(yīng)比強連接時更小;(3)對兩塔樓的各層Y向?qū)娱g位移來說,強連接基本上都比弱連接的位移反應(yīng)要大,并且,在三種弱連接方式中,減小塔樓位移反應(yīng)最顯著的就是兩端橡膠支座+阻尼器的連接方式,兩端支座連接方式次之,鉸接+支座的連接方式減小塔樓位移反應(yīng)的大小不如前兩種弱連接方式。3.3.2 對最大樓層位移的影響(1)總的來說,對于兩個塔樓的各層X、Y向最大樓層位移,其變化特點是:隨著連接的減弱,最大樓層位移也在減小,尤其對于高塔更是如此;(2)當采用鉸接+支座的連接方式時,由于連廊與高塔鉸接,與低塔支座連接,因此,在連廊上下附近的幾個塔樓樓層,低塔兩個方向的樓層位移均比強連接時大,而高塔兩個方11、向的樓層位移均比強連接時小,這是由于連廊兩端連接形式的差異所造成的;(3)與強連接方式相比,帶有阻尼器的連接方式能夠比較顯著的改善(或減小)兩塔的樓層位移反應(yīng),并且,隨著兩個塔樓樓層號的增加,這種改善的效果越明顯。4 結(jié)論在地震作用下由于連接體的存在使原來獨立發(fā)生振動的塔樓相互作用、相互影響,在地震作用下出現(xiàn)連接體部分受力復(fù)雜,扭轉(zhuǎn)振動變形大等現(xiàn)象,在地震中已經(jīng)形成較為嚴重的損失。并且連接體結(jié)構(gòu)抗震性能的影響因素較多且復(fù)雜,因此對連體高層建筑的研究具有一定的現(xiàn)實意義。參考文獻1龐迎波,雙塔弱連接連體結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)時程分析及其振動控制D,廣西大學:碩士學位論文,20082周麗,連接體位置變化對連體結(jié)構(gòu)抗震性能的影響和弱連接體結(jié)構(gòu)的簡化計算D,蘭州大學:碩士學位論文,20083杜永峰,李春峰,連廊位置對高層連體結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響,工程抗震與加固改造,2008.6(30)4黃坤耀,雙塔連體結(jié)構(gòu)的靜力抗震和抗風分析D,杭州:浙江大學,2001
建筑結(jié)構(gòu)
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