对称与不对称双塔连体结构的动力特性分析

对称与不对称双塔连体结构的动力特性分析

发表时间：2011-04-01T16:02:06.733Z 来源：《价值工程》2011年第3月上旬作者：滕振超何金洲

[导读] 以某十八层对称双塔结构和十八-十六层不对称双塔结构为例

滕振超 Teng Zhenchao；何金洲 He Jinzhou

（东北石油大学土木建筑工程学院，大庆 163318）

（School of Civil Engineering，Northeast Petroleum University，Daqing 163318，China）

摘要：以某十八层对称双塔结构和十八-十六层不对称双塔结构为例，通过ANSYS有限元分析软件，建立了两种结构的三维有限元模型，并对比分析了两种结构的动力特性，为这两种结构的设计应用积累经验。

Abstract: Citing one 18-floor symmetrical double-tower structure and one 18-floor and 16-floor unsymmetrical double-tower structure as examples, tridimensional finite element model is built according to ANSYS finite element analysis software. On the basis of it, the contrastive analysis of dynamic characteristics of the two double-tower connected structures is carried out, and experience is accumulated for the design and exploit of the two structures.

关键词：有限元分析双塔连体结构动力特性

Key words: finite element analysis；double-tower connected structure；dynamic characteristics

中图分类号：TU311.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）07-0061-02

0 引言

随着我国建筑业的迅速发展，高层多塔结构的应用也逐渐增多，其中以双塔结构应用最为广泛。高层建筑结构尤其是双塔结构体系的设计要求必须分析清楚结构本身的动力特性，结构的受力特点。双塔结构一般分为对称和不对称两种形式，有时建筑师为了追求设计的效果，经常采用非对称双塔结构来实现设计意图。与对称结构相比，不对称结构的布置形式多变，使得结构设计分析也非常困难。工程实践表明，不对称双塔结构的平扭耦联振动是其地震反应的主要特性，从而导致不同结构形式下的地震作用效应差别较大，地震和风荷载作用下结构受力复杂。对不对称双塔结构的动力特性进行分析，对此类结构的概念设计非常重要。本文运用ANSYS有限元分析软件，对对称和不对称双塔结构的动力特性进行了分析比较，从而对此类结构的设计和应用奠定基础。

1 三维有限元分析模型

某双塔楼连体结构为十八层钢筋混凝土结构，总高度54m，层高为3m，对称双塔连体结构简图如图1所示，不对称双塔连体结构总高度54m，层高3m；右塔十八层，左塔十六层，不对称双塔连体结构简图如图2所示；两种结构的三维有限元模型见图3和图4。梁柱均采用BEAM188单元，该单元基于铁木辛柯梁结构理论，并考虑了剪切变形的影响，楼板采用SHELL63壳单元。构件选型及材料见表1。

钢筋混凝土弹性模量，C40砼取为3.25×1010N/m2，C30砼取为3.0×1010N/m2。

2 结构动力特性分析

结构的动力特性及模态分析是确定结构振动特性的主要方法，包括结构的固有频率、自振周期和阵型，动力特性分析也是结构动力分析的基础，是结构在动荷载（地震作用和风荷载）作用下受力分析的起点。

利用有限元软件ANSYS建模分析，得出结构的动力特性如表2、表3所示。

通过上面分析可知，两种结构的自振周期变化趋势相同，而且各自的前三阶自振周期数值非常接近，第四阶自振周期变化幅度较大，自第六阶后变化比较平稳。高塔部分决定了不对称双塔结构的动力特性，低塔部分的高差越大，刚度的变化越明显，动力特性性变化就越大。

3 结论

本文运用ANSYS有限元分析软件对对称和不对称双塔连体结构的动力特性进行了分析。不对称双塔连体结构相对于对称连体结构，其动力特性的变化取决于两部分的高差，但是两种结构的变化趋势是一致的。

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作者简介：滕振超（1976-），男，河北故城人，讲师，主要研究方向为土木工程的教学和工程结构抗震。