连体刚度和位置对双塔连体高层建筑受力性能的影响_王吉民
结合某装配式高层剪力墙结构谈连梁剪压比超限
山 西建筑SHANXI ARCHITECTURE第47卷第8期2 0 2 1年4月Vol. 27 Nv. 3Ape. 2021• 67 •DOI ： 10. 13719/j. cnki. 1009-6825.2021.28.024结合某装配式高层剪力墙结构谈连梁剪压比超限周易凯(上海诚建建筑规划设计有限公司，上海200067 )摘 要:连梁是联肢剪力墙共同发挥抗侧力作用的关键部件。
连梁的剪压比超限会极大地影响剪力墙结构在抵抗地震作用时变形耗能的能力。
从导致连梁剪压比超限的原因入手，对连梁剪压比超限问题提出了几种解决办法并进行探讨分析。
关键词:连梁，剪压比超限，结构设计中图分类号:TU718 文献标识码：A 文章编号：1009-6825 (2021 )08-4067-471 概述剪力墙结构高层住宅小区具有空间利用率高,小区公 共绿化面积大，竖向结构构件与建筑隔墙融合度高等诸多 优点,这些都能给小业主带来更佳的日常居住体验,所以近些年来越来越多的工程选择采用剪力墙这一结构体系。
连梁设计是剪力墙结构抗震设计中独具特色的一环。
剪力墙结构刚度比较大,剪力墙的弹性形变能力较弱，延性 较差。
因而如果在设防抗震级别的地震作用下仅仅靠剪力墙的弹性变形来耗能，就会使得剪力墙的截面设计得很大。
这样做既不满足开发商的经济效应也不适合小业主的日常使用。
连梁作为剪力墙结构中率先进入塑性的构件，承担着剪力墙结构在遭遇中震，大震的情况下塑性耗能的关键 角色，进而保护了作为竖向力主要受力构件的剪力墙不过 早地发生塑性破坏，所以连梁也被称为剪力墙结构抵抗地震力的第一道防线。
连梁在中震，大震作用下能满足塑性变形耗能的同时也需要满足小震不坏的要求。
这就要求连梁在多遇地震及风荷载工况作用下，保持在弹性受力阶段。
连梁的剪压比超限意味着连梁有剪切破坏的倾向。
如果连梁发生了剪切脆性破坏,其会迅速失效,根本无法进入 塑性耗能阶段便已经退出工作。
结构动力学8
8.4.2 基本分析过程
结构有限元模型的运动方程：
& & [M ]{u&}+ [C ]{u}+ [K ]{u} = {p(t )}
有限元模型的节点系运动方程与前面介绍的框架结构的 运动方程在形式上完全相同，不同之处仅在于单元刚 度矩阵和质量阵的形成上。本节介绍的形成单元刚度 阵和质量阵的方法更具通用性。 前面所介绍的结构动力方程的解法，例如振型叠加法、 Fourier变换方法、时域逐步积分法等均可以用于结构 有限元模型的动力反应问题分析。
i=1
4
ψi的定义是ui发生单位位移, 而其余自由度不动, 即完全约束时, 梁单元的位移(线位移)，因此，ψi(x)满足如下边界条件：
i = 1 : ψ 1 (0) = 1, ψ 1' (0) = ψ 1 ( L) = ψ 1' ( L) = 0
' ' i = 2 : ψ 2 (0) = 1, ψ 2 (0) = ψ 2 ( L) = ψ 2 ( L) = 0 ' ' i = 3 : ψ 3 ( L) = 1, ψ 3 (0) = ψ 3 (0) = ψ 3 ( L) = 0 ' ' i = 4 : ψ 4 ( L) = 1, ψ 4 (0) = ψ 4 (0) = ψ 4 ( L) = 0
8.4.1 有限元离散化
采用有限元法离散时，首先将一根梁分成有限段，称为 有限单元。每一个单元的尺寸可以是任意的，可以完 全相同，也可以完全不相同。这些单元仅仅在单元间 的节点上连续（连接）。 在这个简单的例子中，节点就是单元的端点，在每一个 节点上有两个自由度，横向位移和转角。 在有限元法中节点的位移（包括横向位移和转角）被选 为广义坐标。而运动方程就是用这些有直接物理意义 的量（位移和转角）来形成的。
全省施工图审查结构专业疑难问题及答复
全省施工图审查结构专业疑难问题及答复一．地基基础1.1 .因基础持力层较好，裙房部分（独立基础）不设臵地下室底板，该怎么处理1.1 答：满足防水要求。
1.2. 载体桩适用于建筑物的何种结构型式，房屋高度？1.2 答：参见武汉市夯扩桩设计施工技术规定。
WBJ8-971.3. 试桩标准不明确，甲方与设计院一般皆定为3根（不管桩径等之差异）1.3 答：参见建筑地基及桩基检测技术规定 DB42-269-20031.4. 房高≥75m采用预应力管桩者，是否需见论证文件后方能出审图合格报告。
1.4 答：是。
1.5. JGJ94-2008中桩顶箍筋加密区不分大桩小桩均用5d控制不合理，应该有所区分。
1.5 答：按规范执行。
1.6. 挤土桩中的饱和粘性土，宜有明确界定（饱和度控制在多少？饱和性粘土层在桩身土层中占多少比例时应按饱和粘性土控制桩间距）。
1.6 答：规范未查到，建议Sr＞95%。
平均层厚＞3m考虑。
1.7. 联合基础的顶板面配筋最小配筋按0.15%，或是0.2%？1.7 答：按0.15% 。
1.8. 异形承台，即承台平面非规范的标准平面，一般不能按规范公式进行配筋计算，设计院一般采用有限元法进行计算，应明确规定。
1.8 答：按柱边延长线的截面计算弯矩，剪力。
1.9. 规范GB50011-2010第6.1.14-2条中，其要求为‚宜‛，考虑到外围回填土的侧限作用，是否一定要执行。
1.9 答：一般设计顶板与周边墙相连（车道除外）。
1.10. 摩擦起主要作用的嵌岩桩，如何界定其端承型桩或摩擦型桩。
1.10答：按竖向极限荷载作用下，荷载的传递特征，可分为摩擦型桩和端承型桩两大类。
其中摩擦型桩又分别摩擦桩和端承摩擦桩；端承型桩又分为端承型和端承摩擦桩.摩擦桩：桩顶荷载全部或绝大部分由桩侧阻力承受，桩端阻力小到可以忽略不计的程度。
如长径比大于100的超长桩。
端承摩擦桩：桩端阻力分担荷载的比例较大，但不大于30%的桩。
某双塔连体高层建筑结构弹塑性动力分析
ＭＩ ＤＡＳ ／ Ｂｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｒ ｅ ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ｑ ｕ ａ ｋ ｅ ｌ ｏ ａ ｄ ．Ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｐ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｚ ｏ ｎ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｗｅ ｒ ｅ
现 剪 切 型 损 伤 。整 个 结构 构件 塑性 铰 出现 顺 序 和 分 布 较 为 合 理 ， 满足 “ 大震 不 倒 ” 的设 防要 求 。 关键词 ： 双 塔 连 体 结 构 ；弹 塑 性 动 力 分 析 ；高层 建 筑 ；超 限 ； 抗 震性 能
ＤｏＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ７ － ９ ９ ６ ３ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ７ ． ０ ０ ８
王 伟 ： 某 双 塔 连 体 高层 建 筑 结 构 弹 塑 性 动 力 分 析
某双塔连体高层 建筑结构弹塑性动 力分析
王 伟 （ １ ．中 国建 筑科 学 研 究 院 上 海 分 院 ， 上 海 ２ ０ ０ ０ ２ ３ ； ２ ．上 海 建 科 结 构 新 ２ ３ ）
ＥＬＡＳ ＴＩ Ｃ— ＰＬＡＳ ＴＩ Ｃ ＤＹ ＮＡＭ Ｉ Ｃ ＡＮＡＬＹＳ Ｉ Ｓ ＯＦ ＴＨ Ｅ ＤＯＵＢＬＥ— ＴｏＷ ＥＲ Ｃｏ ＮＮＥＣＴＥＤ ＳＴＲＵＣＴＵ ＲＥ ＦｏＲ ＴＡＬＬ ＢＵＩ ＬＤ Ｉ ＮＧ
Ｗ ａｎｇ Ｗ ｅｉ ’
（ １ ． Ｓ ｈａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｂｒ ａ ｎｃ ｈ ｏ ｆ Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｂｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ， Ｓｈ ａ ｎｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ２ ３，Ｃｈｉ ｎ ａ； ２ ．Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ａｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇｙ ｏ ｆ Ｂｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｃｏ ｎｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃｏ ． Ｌｔ ｄ， Ｓｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ２ ３，Ｃｈｉ ｎ ａ ）
双塔连体高层混合结构抗震性能研究
双塔连体高层混合结构抗震性能研究
周颖;吕西林;卢文胜;陈林之;黄志华
【期刊名称】《地震工程与工程振动》
【年(卷),期】2008(28)5
【摘要】外钢框架-混凝土核心筒结构体系被认为是适合我国国情的高层建筑结构体系之一,我国已有多个采用这种结构体系的单塔楼工程实例,但对双塔连体高层混合结构的研究较少。
本文针对上海国际设计中心不等高双塔连体混合结构,进行了7度多遇地震、基本烈度、罕遇地震和8度罕遇地震阶段的模拟地震振动台试验研究,得到了结构的破坏模式,并对模型结构和原型结构的动力反应进行了详细的分析,最后提出了此类结构设计的一些建议。
研究表明,高位连体的竖向地震反应比较明显,设计中应适当考虑动力放大效应;在各水准地震作用下结构整体变形均呈现弯曲型;主塔楼核心筒在中震下可以保证"不坏",但结构小震下的层间位移略超过规范限值。
【总页数】8页(P71-78)
【关键词】钢框架-混凝土核心筒结构;混合结构;连体;振动台试验;动力反应
【作者】周颖;吕西林;卢文胜;陈林之;黄志华
【作者单位】同济大学土木工程防灾国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】P315.957
【相关文献】
1.双塔楼弱连接连体高层建筑结构抗震性能研究 [J], 王灵;吕西林
2.某双塔连体高层结构抗震性能分析 [J], 冉莉;王昭
3.大底盘不等高双塔连体结构抗震性能研究 [J], 黄慎江;罗定慧
4.对称型双塔连体高层结构抗震性能分析 [J], 谭丽君;雷庆关
5.对称型双塔连体高层结构抗震性能分析 [J], 谭丽君;雷庆关
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双塔楼高空弱连接连体结构设计
ｔ ｏ ｒ ｙ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ — ｐ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ（ ｐ ｕ ｓ ｈ — ｏ ｖ ｅ ｒ ）ｗ ｅ ｒ ｅ ａ ｌ ｓ ｏ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ｅ ｄ ｔ ｏ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｅ ｓ ｅ ｉ ｓ ｍ ｉ ｃ ｂ ｅ ｈ 高层 结构 分析 和设 计 的有 关 内容 ， 包括塔 楼 抗侧 力体 系、 连体 结 构体 系与概
念设 计 、 相 关特 殊 构造措 施 。通过 对连 体 结构 的工程 实例 进行 在地 震作 用 下反 应谱 和 弹性 时程分析 ， 探
讨连 体 结构 的 动 力反 应特 征 ； 用Ｅ Ｐ Ｄ Ａ和 Ｅ Ｐ Ｓ Ａ 分析 软件 分别进 行 在 罕遇 地 震作 用 下 的弹 塑性 时程 分 析和 静 力弹 塑性 分析 ， 对该 工程 的结 构抗震 性 能进行 评估 。 关键 词 双塔 连体 结构 ，弱连接 ，弹 塑性分析
ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｔ ｗｉ ｎ— ｔ ｏ ｗｅ ｒ ，ｗｅ ａ ｋ ｃ ｏ ｎｎ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｔ ｉ ｍｅ — ｈ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｙ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ，ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｕ ｍ ｒ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ，ｓ ｅ ｉ ｓ —
在４ ８ ～ ５ １ ｍ、 ８ ４ — ８ ７ ｍ楼层存在两个高空连体结
构（ 连体 １ 、 连体 ２ ） ， 地 面另有 一个 底部 连接 体 （ 连 体３ ） 。中（ 连体 ２ ） 、 上（ 连体 １ ） 两部分 连接体均 为 单层 ， 效果要求空 透 ， 仅在塔楼 中部 一跨之 问连 接 。
高层建筑结构抗震期末复习题(含答案)
第一章 绪论（一）填空题1．我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2010)规定：把10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑，以及房屋高度大于24m的其他高层民用建筑，称为高层建筑，此处房屋高度是指室外地面到房屋主要屋面的高度。
2．高层建筑设计时应该遵循的原则是安全适用，技术先进，经济合理，方便施工。
3．复杂高层结构包括带转换层的高层结构，带加强层的高层结构，错层结构，连体结构以及竖向体型收进结构等。
4．8度、9度抗震烈度设计时，高层建筑中的大跨和长悬臂结构应考虑竖向地震作用。
5．高层建筑结构的竖向承重体系有框架结构体系，剪力墙结构体系，框架—剪力墙结构体系，筒体结构体系等；水平向承重体系有普通肋形楼盖体系，无梁楼盖体系，组合楼盖体系等。
6．高层结构平面布置时，应使其平面的质量中心和刚度中心尽可能靠近，以减少扭转效应。
7. 三种常用的钢筋混凝土高层结构体系是指框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构。
(二)选择题1．高层建筑抗震设计时，应具有[ a ]抗震防线。
a．多道；b．两道；c．一道；d．不需要。
2．下列叙述满足高层建筑规则结构要求的是[ d ]。
a．结构有较多错层；b．质量分布不均匀；c．抗扭刚度低；d．刚度、承载力、质量分布均匀、无突变。
3．高层建筑结构的受力特点是[ b ]。
a．竖向荷载为主要荷载，水平荷载为次要荷载；b．水平荷载为主要荷载，竖向荷载为次要荷载；c．竖向荷载和水平荷载均为主要荷载；d．不一定。
4．8度抗震设防时，框架—剪力墙结构的最大高宽比限值是[ C ]。
a．2；b．3；c．4；d．5。
5．钢筋混凝土高层结构房屋在确定抗震等级时，除考虑地震烈度、结构类型外，还应该考虑[ A ]。
a．房屋高度；b．高宽比；c．房屋层数；d．地基土类别。
6．随着建筑物高度的增加，变化最明显的是[ C ]。
A. 轴力B. 弯矩C.侧向位移D.剪力7．某高层建筑要求底部几层为大空间商用店面，上部为住宅，此时应采用那种结构体系[ D ]。
多塔高位连体结构在大震下的抗震性能分析
多塔高位连体结构在大震下的抗震性能分析*任重翠† 徐自国 肖从真（中国建筑科学研究院， 北京 100013）摘要 为满足建筑功能特殊需求，超高层建筑多采用高位连体结构。
采用ABAQUS 软件对一栋三塔高位连体结构进行动力弹塑性分析，研究在设防烈度罕遇地震作用下的结构变形、剪力墙塑性损伤、伸臂桁架和环带桁架等构件的非线性动力响应。
结果表明，对三塔高位连体结构采用合理的结构体系和抗震设计方法，其抗震性能能够满足预定抗震性能目标。
关键词：多塔高位连体结构；钢板组合剪力墙；伸臂桁架；动力弹塑性分析；抗震性能一、 引言高位连体是在结构上部设置连体形成的一种复杂高层建筑结构形式[1]，因其独特的建筑功能需求，在工程中被逐渐应用，但目前对此类高位连体结构的抗震性能尤其是在大震下的抗震性能研究还不够全面和深入。
针对一栋三塔连体结构进行罕遇地震作用下的抗震性能分析。
其中，塔A 共76层，总高368米；塔B 共67层，总高328米；塔C 共60层，总高300米。
三栋塔楼在约192米高空处通过6层高的空中平台连为整体。
二、 结构概况整体结构A塔B塔C塔A塔B塔C塔A塔B塔C塔核心筒+伸臂桁架外框筒+环带桁架图1 结构抗侧力体系 本结构采用多重抗侧力结构体系：混凝土核芯筒+伸臂桁架+型钢混凝土框架+连接体桁架，如图1所示。
三塔核芯筒贯通建筑物全高，平面呈矩形。
核芯筒周边墙体布置*十二五国家科技支撑计划课题（2012BAJ07B01）†任重翠：1983.8-，结构咨询与分析，一级注册结构工程师，renchongcui@ 。
约束边缘构件，在重点部位设型钢暗柱。
在塔A的19层（101.3m）以下、塔B、C的6层（33.5m）以下，核芯筒周边墙体采用组合钢板剪力墙结构。
框架柱采用型钢混凝土柱。
采用一道伸臂桁架[2]，位于连体最下面一层，桁架高度为8m，并在核芯筒的墙体内贯通设置钢框架，形成整体传力体系。
连体结构由连体底层的转换桁架、周边5层楼高贯穿至相连三栋塔楼的钢桁架，以及转换桁架之上的钢框架结构组成。
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第32卷第8期建 筑 结 构2002年8月连体刚度和位置对双塔连体高层建筑受力性能的影响
王吉民 黄坤耀 孙炳楠(浙江大学建筑工程学院 杭州310027) 樊春燕(华森建筑与工程设计顾问公司 深圳518067)
[提要] 在双塔连体结构中,连体的刚度和设置位置直接影响到连体对两塔楼所能起到的连接作用,因而影响结构整体的受力性能。分别就连体轴向刚度、竖向平面内的抗弯刚度和水平面内的抗弯刚度对结构静力性能的影响进行了研究,分析了连体在两塔楼之间的传力机理,并探讨了要引入连体楼层楼板面内刚度无穷大假定应满足的条件。此外,还分析了连体设置位置对结构静力性能的影响。[关键词] 高层建筑 受力性能 连体刚度 连体位置
Asfordouble-towerconnectedtallbuildings,theconnectioneffectbetweenthetowersisdirectlyrelatedtothestiff-nessandlocationoftheconnection.Theinfluenceoftheaxisstiffnessandtheflexurestiffnessonthestructurecapabi-lityisstudiedandtheanalysisisproceededtodiscoverthetransferringforcemechanismoftheconnections.Inaddition,theinfluenceoflocationofconnectiononstructurecapabilityisinvestigated.Keywords:tallbuildings;structurecapability;connections;stiffness;location
一、前言对多塔结构和多塔连体结构的动力特性和地震响应已进行过较多的研究[1-6]。连体在双塔连体结构中起着连接双塔楼的作用,连体本身的刚度和位置对结构的受力性能有着很显著的影响,所以对它的工作机理进行细致的研究是很有必要的。图1所示带大底盘的双塔连体结构,底盘3层,两塔楼22层,总高100m,两塔在层20,21设置了连体结构(分别称下连体、上连体)。两塔楼为框筒结构,连体由梁板组成,构件尺寸如图1所示,材料为C30混凝土。假定塔A受侧向荷载作用,而塔B不作用外荷载,这样更有助于分析连体刚度和位置变化时,塔A的荷载是如何传递到塔B的,以及两塔楼相互作用和连体的传力机理。当两结构共同作用时,外荷载是依据它们的相对刚度进行分配的。而在双塔连体结构中,外荷载在两塔楼之间进行分配时,还要受连体刚度的影响,连体的受力就是由塔A传递到塔B的力。若把两塔楼分别简化成具有刚度KA或KB的弹簧,则连体起着串联这两根弹簧的作用,如图2所示。因此连体刚度KL相对于两塔楼的相对刚度可表示为:
KL=KL1KA+1KB(1)
式中KL是一个无量纲参数,KA,KB为两塔楼在连接楼层以下部分的刚度。
图1 双塔连体高层建筑示意图 本文分别就连体轴向刚度、竖向平面内的抗弯刚度和水平面内的抗弯刚度对结构静力性能的影响进行了研究,分析了连体在两塔楼之间的传力机理。在高层建筑结构分析中,楼板面内刚度无穷大假定是为简化分析而引入的基本假定,但对双塔连体结构,若要把连体楼层和与之相连的塔楼楼层一起当作一刚性楼层则连体的刚度必须足够大。所以还探讨了要引入连体楼层楼板面内刚度无穷大假定时,连体刚度应满足的条件。此外还分析了连体设置位置对结构静力性能的影响。分析计算采用通用有限元程序ANSYS,梁柱采59图2 连体串联示意图用空间梁单元,板墙采用壳单元。对图1所示结构共采用了6010个梁单元和4324个壳单元。经校核,如此多的单元数量,计算结果已有足够精度。二、连体刚度对结构静力性能的影响连体刚度直接影响连体所要承受的内力和对两塔楼起到的连接作用。当侧向荷载沿x向作用时,连体以竖向平面内的压(拉)弯为主,因此仅考虑连体的轴向刚度和竖向平面内的弯曲刚度。若两楼层连体的轴向刚度之和为KN=EEA/lL,E为材料弹性模量,A为截面积(为该层连体截面总面积),lL为连体的跨度,反映连体轴向刚度相对于塔楼连接楼层以下部分抗侧移刚度的无量纲参数KN可表示为KN=KNKTN(2a)KTN=11KxA+1KxB(2b)Kxt=1EmLj=11Kxt,j,t=A,B(2c)式中Kxt,j为塔楼t楼层j沿x方向的抗侧移刚度,mL为塔楼连接楼层的楼层号(图1中mL=20)。对图1结构,KxA=KxB=4135@103kN/m。上下连体结构在竖向平面内的弯曲线刚度之和为KM=E4EIM/lL,IM为该楼层连体截面竖向平面内的惯性矩,但因为塔楼在竖向平面内的整体抗弯刚度较难确定,所以连体在竖向平面内的相对弯曲刚度也很难确定。引入无量纲参数KM:KM=KMKTM(3a)KTM=11KMA+1KMB(3b)式中KMA,KMB为两塔楼在连接楼层以下部分的抗弯刚度,即为使连接楼层在竖向平面内产生单位转角所需的力矩。为计算KMA,KMB,先在连接楼层竖向平面内施加单位弯矩(均分到每个节点上),然后根据各节点的位移计算该楼层在竖向平面内的转角,形成该楼层在竖向平面内的柔度系数,其倒数即为塔楼在该楼层处竖向平面内的整体抗弯刚度KMA或KMB。对图1结构,KMA=KMB=4156@107kN#m。而当侧向荷载沿y方向作用时,连体以水平面内的弯剪为主,上、下连体在水平面内的弯曲线刚度之和KT=E(4+B)EIT/lL来表征连体的刚度,这里IT为该楼层连体截面水平面内的惯性矩,B为考虑剪切效应的修正系数。反映连体水平面内弯曲刚度相对于塔楼连接楼层以下部分抗侧移刚度的无量纲参数KT可表示为
KT=KTKTT (4a)
KTT=11KzA+1KzB(4b)
Kzt=1EmLj=11Kzt,j, t=A,B(4c)式中Kzt,j为塔楼t楼层j的层抗扭刚度。对于图1的算例KzA=KzB=1174@107kN#m。
图3 塔顶x向侧移随连体轴向刚度的变化图4 连体轴力随连体轴向刚度的变化
(1)x向侧向荷载作用下对图1所示的双塔连体结构,先不考虑连体楼层中的板,把两根连梁的端部扭转约束放松,此时每层连体当作刚性连杆,只考虑其轴向刚度。连体轴向刚度变化时塔楼顶部位移和连体轴力的变化见图3,4。从图3可以看出,当KN=16时,两塔楼顶部x向侧移已很接近,并且KN继续增大,两者变化很小,当KN=160时,两者几乎相等。从图4可以看出,连体轴向刚度一开始增大时,上下连体的轴力都在增大,但当KN>16时下连体轴力继续增大,而上连体的轴力却开始减小,但连体总轴力只有小量的增加。这是因为连接楼层下部外荷载导致塔A在连接楼层处的变形比连接楼层上部外荷载导致的大,所以这侧向力首先要由下连体来传递。当然,当连体的位置设置得低些,使连体上部的外荷载导致塔A在连接楼层处的变形比由下部外荷载产生的大,上连体的轴力会比下连体的大(如图12(b))。作用在塔A的外荷载总和为3080kN,连体总轴力最大值940kN,这说明当连体刚度无穷大时,可将如此分布的塔A外荷载向塔B传递30%。塔楼顶部位移随连体竖向平面内弯曲刚度的变化如图5,此时忽略连体楼层中板的作用,两根连梁的宽为012m,通过变化连梁的高度来改变连梁的刚度。当KM[0100672时,两塔楼顶部x向的侧向位移变化不
大,说明连梁竖向平面内弯矩对结构的影响不大,随后两塔x向位移减小的幅度增大,当KM>01343时减小的幅度又变缓。比较图3和图5可以发现,连体的轴
60向刚度足够大时,增大连体在竖向平面内的抗弯刚度可以减小两塔楼的侧向变形,这是因为这时的双塔连体结构已类似于高层建筑中的巨型门架结构,不仅两塔楼自身均可以抵抗由外荷载引起的倾覆力矩,而且两塔楼在竖向会有一对轴向力,形成了抵抗倾覆的力矩。但巨型门架结构的抗侧移能力会更强些,这是因为对本算例而言,同连梁相连的塔楼框架节点的刚度相对于连梁的刚度已较弱,使连梁端部放松,影响了力的传递。所以为使双塔连体结构形成一巨型结构,对塔楼连接楼层进行加强,则可以使结构的抗侧移能力强得多。现把塔楼连接楼层中同连梁相接的两根框架梁加强(宽@高为500mm@3500mm),连体的相对刚度KM=0194,计算出两塔顶部位移为4517mm,比框架梁未加强时减小了14%。连体端部竖向平面内的弯矩(为该层两根连梁弯矩之和)如图6。连梁在水平面内的弯矩基本为零。随着连体刚度的增大,连体端弯矩一直在增大。上下连体左右端弯矩比较接近。
图5 塔顶x向位移随KM的变化图6 连梁端部弯矩随KM的变化
(2)y向侧向荷载作用下对如图1的双塔连体结构,每连体楼层不考虑梁,只考虑板,板厚为0112m,通过变化板的宽度来改变板的刚度,并且把板看作一水平放置的深梁。在沿y向侧向荷载作用下,塔顶位移随连体刚度的变化如图7。从图7可以看出,当KT<010034时曲线较为平坦,说明连体的连接作用很弱;随着KT增大,塔A顶部y向侧移减小,塔B顶部y向侧移增大,两塔顶部转角增大;当KT>11377时塔顶位移变化很小,说明连体水平面内的弯曲刚度已足够大,此时连体可视为面内刚度无穷大。连体刚度很大时同刚度很小时相比,塔A顶部的y向侧移减小了3715%,塔B顶部的y向侧移由118mm增大为4519mm,塔顶转角由7134@10-5增大到6161@10-4。两塔楼顶部的转角一直都很接近,这是因为塔楼的扭转是由连体端部弯矩反作用在塔楼上引起的,而连体两端的弯矩接近,所以两塔楼作用的扭矩也相差无几,导致塔楼每一楼层的扭转角都很接近。这一荷载工况下,连体的轴力和竖向平面内的弯矩(即为深梁水平面内的弯矩)基本为零,连体端部水平面内的弯矩和剪力随连体刚度变化如图8所示,其变化规律同图7(b)类似。但要注意到上连体端部弯图7 塔楼顶部y向位移和转角随KT变化图8 连体两端内力随KT的变化矩一直比下连体端部弯矩大,连体刚度越大,两者的差值越大。连体弯矩和剪力的最大值为3600kN#m和723kN,可见y向传递的最大剪力比x向传递的最大轴力要小,前者为后者的77%,但后者不会带来塔楼的扭转。三、连梁位置对结构静力性能的影响(1)x向侧向荷载作用下对如图1所示的对称双塔连体结构,变化连体设置的位置,分析它对结构静力性能和连体受力的影响。这里上下连体各取为两根宽@高为013m@015m的混凝土梁,KN=664,KM=8142@10-4,连体的轴向刚度较大(KN>16),弯曲刚度很小。塔楼顶部x向侧移如图9,连体竖向平面内的弯矩和轴力如图10所示。图9 x向荷载作用下塔楼顶部位移随连体位置变化从图10可以看出,连体竖向平面内弯矩在连接位置为12~16层(即塔楼中上部)时弯矩最大;随着连体位置的升高,上连体轴力在减小,下连体轴力变化曲线则较为平缓,但上、下连体的总轴力在减小。连体放置在层18以下时上连体的轴力总大于下连梁的轴力,而在层18以上是则相反。(2)y向侧向荷载作用下对如图1所示的对称双塔连体结构,变化连体设置的位置,在塔A作用y向侧向荷载时,分析它对结构静力性能和连体受力的影响。这里连体水平面内的相对刚度参数KT=715(每连体楼层相当于两根宽@高为0112m@8m水平放置的混凝土深梁)。塔顶位移和连体端部内力随连梁位置的变化如图11,12所示。从图中可以看出,随着连接位置的升高,连体的连接作用在增强,但导致塔楼的扭转也在增大。上连体端部水平面内的弯矩在连体设置在层8时61