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[摘要]近年來,隨著投資規模的擴大和對地下空間利用的日益提高,各種不同功能綜合在一起形成的多功能高層建筑大量出現。在重點論述高層連體結構的特點及影響其發生變形的因素的基礎上,提出幾點調控連體結構發生變形的具體的施工技術方法和要求。
[關鍵詞]連體結構動力特性剛度對稱性強連接
高層建筑物連體結構是近十幾年來發展起來的一種新型結構形式,一方面通過設置連體將不同建筑物連在一起,使其在功能上取得聯系;另一方面由于連體結構獨特的外形,帶來建筑上強烈的視覺效果。由于連體結構要協調各建筑物之間共同作用,受力復雜,扭轉效應明顯,結構設計難度較大。目前國內此類建筑還很少,關于高層連體結構各方面的研究也不全面。本文僅針對連體結構的變形控制方面作一些粗淺的研究。
一、高層連體結構的常見結構形式及其組成
從圖表1中,我們可以看出,高層連體結構一般由塔樓和連體構成。
(一)塔樓
高層連體結構的主要部分是塔樓,它所采用的結構形式同單體建筑結構的結構形式沒有顯著區別,基本上是框架結構、框架剪力墻結構、剪力墻結構、框筒結構、筒體結構等。塔樓之間的對稱與否、非對稱程度、單體相對剛度對結構性能影響較大。
(二)連體
連體跨越于兩塔樓之間,形式上看有點類似于橋梁。從靜力的角度分析,橋梁和連體都以承受豎向荷載或水平向風載為主,但從動力的角度分析,橋梁主要承受車輛運行所引起的振動或沖擊作用,而連體則主要承受由塔樓傳遞過來的兩端部的振動作用。
(三)連體與塔樓的連接形式
主要有三種:(1)連接體兩端與塔樓為剛性連接;(2)連接體一端與塔樓為滑移連接,另一端為剛性連接;(3)連接體兩端與塔樓鉸接。連體剛度、連體兩端的連接處理方式、連體的設置位置對結構性能影響較大。
二、高層連體結構的特點及變形因素研究
高層連體結構體系并不是簡單的多質點體系,而是一個多質點的串并聯復合體系。連體結構通過連體將各塔樓連成一個整體,使建筑物的工作特點由豎向懸臂梁變成巨形框架,建筑物的振動特性相應發生變化,這種變化必將影響到建筑物的地震反應。另外,如果連體剛度較小,連體在總體上將趨向于空間薄壁桿,其在地震作用下的抗變性能也是一個必須考慮的問題。下面就國內外在各方面的研究現狀作一簡單介紹:
(一)動力特性和地震響應
研究人員采用串并聯剛片層模型,考慮了結構的對稱性、地震行波效應對振型參與系數的影響,并把行波效應體現在振型參與系數的地面運動加速度單位向量中。對非對稱雙塔結構和非對稱雙塔連體結構的動力特性及地震響應進行比較研究表明:設置連體后,結構整體剛度加強,振型更加復雜,偏心結構的特征更加明顯,扭轉振型更加豐富,并且低階振型就開始出現耦合振型。
(二)連體剛度影響
連體結構在設置連體后,塔樓在連接樓層處的剛度發生變化,當連體剛度較大時,此處剛度的突變明顯,受力較為復雜。研究表明:當連體相對剛度較小時,可以把雙塔連體結構簡化為雙塔結構計算,計算內力誤差不是很大;當連體相對剛度較大時,把塔樓連接樓層連同連體一起當作一剛性樓層,計算誤差也很小。對于非對稱結構,減小連接體剛度會使高塔的位移響應減小而低塔的位移響應增大;增大連接體剛度會使低塔的位移響應減小而高塔的位移響應增大。
(三)對稱性影響
研究人員通過計算分析指出:對于結構和連廊都對稱的結構,振型也具有對稱性,不是對稱的,就是反對稱的,這種振型在結構地震反應的計算中對結構是有利的;當雙塔高低不同,結構不對稱時,其振型也不具備對稱性;與相同尺寸的等高雙塔相比,不等高雙塔高塔部分的地震反應加重,低塔部分的反應相應減小。
(四)抗風分析
對風力的抵抗,連體剛度越強,結構的風振系數越小;兩塔之間存在最優的連接阻尼使塔樓的風振系數最小;連體剛度增大使兩塔樓的平動加速度略微減小。
(五)結構控制研究
研究人員對連體結構討論了不同的動力分析方法,分析經典阻尼與非經典阻尼的不同假定,指出連體結構根據連體的不同連接方式應采用不同的計算方法;同時對有阻尼器的連體部分進行了地脈動下的振動實測,識別連體頻率,應用半功率法求解了連體的阻尼比。
三、變形調控技術研究
通過以上分析,我們得知,影響高層連體結構發生變形的主要因素有:地震響應,連體剛度,是否對稱,是否抗風等。對此,我們將提出以下措施,來減小高層連體結構發生變形的幾率。
連體結構連接體部分的材料應首選鋼材。因為,鋼結構廣泛適用于高層、超高層建筑。
對于復雜高層應當用多個程序進行分析,同時還需要對計算結果進行人工判斷。
對于平面及豎向均不規則的復雜高層,應注意結構豎向構件特別是剪力墻的布置方式,使整體結構的剛度中心與質量中心靠近,以減小整體結構的發生變形。
應采用提高連體部分桁架的剛度,以及增設連廊水平支撐等方法以此來減小扭轉周期。
連接體結構與兩側塔樓的支座連接是連體結構建設的關鍵問題。宜采用強連接形式,結構計算與設計時要充分考慮其受力與構造,真正做到使其連為整體,完全協調受力。
四、結束語
帶有連體結構的高層建筑由于結構體系復雜,受力分析一般比較困難,再加上其他因素,增加了連體結構發生變形的可能性。因此,加大對高層建筑連體結構的研究分析,必將有益于我國高層建筑的發展。
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