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[摘要]近年來(lái),隨著投資規(guī)模的擴(kuò)大和對(duì)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(xiàn)。在重點(diǎn)論述高層連體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及影響其發(fā)生變形的因素的基礎(chǔ)上,提出幾點(diǎn)調(diào)控連體結(jié)構(gòu)發(fā)生變形的具體的施工技術(shù)方法和要求。

[關(guān)鍵詞]連體結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性剛度對(duì)稱(chēng)性強(qiáng)連接

高層建筑物連體結(jié)構(gòu)是近十幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型結(jié)構(gòu)形式,一方面通過(guò)設(shè)置連體將不同建筑物連在一起,使其在功能上取得聯(lián)系;另一方面由于連體結(jié)構(gòu)獨(dú)特的外形,帶來(lái)建筑上強(qiáng)烈的視覺(jué)效果。由于連體結(jié)構(gòu)要協(xié)調(diào)各建筑物之間共同作用,受力復(fù)雜,扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度較大。目前國(guó)內(nèi)此類(lèi)建筑還很少,關(guān)于高層連體結(jié)構(gòu)各方面的研究也不全面。本文僅針對(duì)連體結(jié)構(gòu)的變形控制方面作一些粗淺的研究。

一、高層連體結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式及其組成

從圖表1中,我們可以看出,高層連體結(jié)構(gòu)一般由塔樓和連體構(gòu)成。

(一)塔樓

高層連體結(jié)構(gòu)的主要部分是塔樓,它所采用的結(jié)構(gòu)形式同單體建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有顯著區(qū)別,基本上是框架結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等。塔樓之間的對(duì)稱(chēng)與否、非對(duì)稱(chēng)程度、單體相對(duì)剛度對(duì)結(jié)構(gòu)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(diǎn)類(lèi)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(fēng)載為主,但從動(dòng)力的角度分析,橋梁主要承受車(chē)輛運(yùn)行所引起的振動(dòng)或沖擊作用,而連體則主要承受由塔樓傳遞過(guò)來(lái)的兩端部的振動(dòng)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(shè)置位置對(duì)結(jié)構(gòu)性能影響較大。

二、高層連體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及變形因素研究

高層連體結(jié)構(gòu)體系并不是簡(jiǎn)單的多質(zhì)點(diǎn)體系,而是一個(gè)多質(zhì)點(diǎn)的串并聯(lián)復(fù)合體系。連體結(jié)構(gòu)通過(guò)連體將各塔樓連成一個(gè)整體,使建筑物的工作特點(diǎn)由豎向懸臂梁變成巨形框架,建筑物的振動(dòng)特性相應(yīng)發(fā)生變化,這種變化必將影響到建筑物的地震反應(yīng)。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(gè)必須考慮的問(wèn)題。下面就國(guó)內(nèi)外在各方面的研究現(xiàn)狀作一簡(jiǎn)單介紹:

(一)動(dòng)力特性和地震響應(yīng)

研究人員采用串并聯(lián)剛片層模型,考慮了結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性、地震行波效應(yīng)對(duì)振型參與系數(shù)的影響,并把行波效應(yīng)體現(xiàn)在振型參與系數(shù)的地面運(yùn)動(dòng)加速度單位向量中。對(duì)非對(duì)稱(chēng)雙塔結(jié)構(gòu)和非對(duì)稱(chēng)雙塔連體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性及地震響應(yīng)進(jìn)行比較研究表明:設(shè)置連體后,結(jié)構(gòu)整體剛度加強(qiáng),振型更加復(fù)雜,偏心結(jié)構(gòu)的特征更加明顯,扭轉(zhuǎn)振型更加豐富,并且低階振型就開(kāi)始出現(xiàn)耦合振型。

(二)連體剛度影響

連體結(jié)構(gòu)在設(shè)置連體后,塔樓在連接樓層處的剛度發(fā)生變化,當(dāng)連體剛度較大時(shí),此處剛度的突變明顯,受力較為復(fù)雜。研究表明:當(dāng)連體相對(duì)剛度較小時(shí),可以把雙塔連體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為雙塔結(jié)構(gòu)計(jì)算,計(jì)算內(nèi)力誤差不是很大;當(dāng)連體相對(duì)剛度較大時(shí),把塔樓連接樓層連同連體一起當(dāng)作一剛性樓層,計(jì)算誤差也很小。對(duì)于非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),減小連接體剛度會(huì)使高塔的位移響應(yīng)減小而低塔的位移響應(yīng)增大;增大連接體剛度會(huì)使低塔的位移響應(yīng)減小而高塔的位移響應(yīng)增大。

(三)對(duì)稱(chēng)性影響

研究人員通過(guò)計(jì)算分析指出:對(duì)于結(jié)構(gòu)和連廊都對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu),振型也具有對(duì)稱(chēng)性,不是對(duì)稱(chēng)的,就是反對(duì)稱(chēng)的,這種振型在結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的計(jì)算中對(duì)結(jié)構(gòu)是有利的;當(dāng)雙塔高低不同,結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)時(shí),其振型也不具備對(duì)稱(chēng)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(yīng)加重,低塔部分的反應(yīng)相應(yīng)減小。

(四)抗風(fēng)分析

對(duì)風(fēng)力的抵抗,連體剛度越強(qiáng),結(jié)構(gòu)的風(fēng)振系數(shù)越小;兩塔之間存在最優(yōu)的連接阻尼使塔樓的風(fēng)振系數(shù)最小;連體剛度增大使兩塔樓的平動(dòng)加速度略微減小。

(五)結(jié)構(gòu)控制研究

研究人員對(duì)連體結(jié)構(gòu)討論了不同的動(dòng)力分析方法,分析經(jīng)典阻尼與非經(jīng)典阻尼的不同假定,指出連體結(jié)構(gòu)根據(jù)連體的不同連接方式應(yīng)采用不同的計(jì)算方法;同時(shí)對(duì)有阻尼器的連體部分進(jìn)行了地脈動(dòng)下的振動(dòng)實(shí)測(cè),識(shí)別連體頻率,應(yīng)用半功率法求解了連體的阻尼比。

三、變形調(diào)控技術(shù)研究

通過(guò)以上分析,我們得知,影響高層連體結(jié)構(gòu)發(fā)生變形的主要因素有:地震響應(yīng),連體剛度,是否對(duì)稱(chēng),是否抗風(fēng)等。對(duì)此,我們將提出以下措施,來(lái)減小高層連體結(jié)構(gòu)發(fā)生變形的幾率。

連體結(jié)構(gòu)連接體部分的材料應(yīng)首選鋼材。因?yàn)?鋼結(jié)構(gòu)廣泛適用于高層、超高層建筑。

對(duì)于復(fù)雜高層應(yīng)當(dāng)用多個(gè)程序進(jìn)行分析,同時(shí)還需要對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行人工判斷。

對(duì)于平面及豎向均不規(guī)則的復(fù)雜高層,應(yīng)注意結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件特別是剪力墻的布置方式,使整體結(jié)構(gòu)的剛度中心與質(zhì)量中心靠近,以減小整體結(jié)構(gòu)的發(fā)生變形。

應(yīng)采用提高連體部分桁架的剛度,以及增設(shè)連廊水平支撐等方法以此來(lái)減小扭轉(zhuǎn)周期。

連接體結(jié)構(gòu)與兩側(cè)塔樓的支座連接是連體結(jié)構(gòu)建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題。宜采用強(qiáng)連接形式,結(jié)構(gòu)計(jì)算與設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮其受力與構(gòu)造,真正做到使其連為整體,完全協(xié)調(diào)受力。

四、結(jié)束語(yǔ)

帶有連體結(jié)構(gòu)的高層建筑由于結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜,受力分析一般比較困難,再加上其他因素,增加了連體結(jié)構(gòu)發(fā)生變形的可能性。因此,加大對(duì)高層建筑連體結(jié)構(gòu)的研究分析,必將有益于我國(guó)高層建筑的發(fā)展。

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