連體布設(shè)位置對雙塔連體結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)影響分析

胡海濤 李欣儒

【摘 要】本文以實際建設(shè)的一項雙塔連體結(jié)構(gòu)為研究背景，考慮了單塔結(jié)構(gòu)，不布設(shè)連體形成雙塔結(jié)構(gòu)以及連體分別布設(shè)在結(jié)構(gòu)上部、中部、下部樓層五種工況，運用PMSAP軟件對每種工況分別建模、分析、得出結(jié)論，以期為此種結(jié)構(gòu)以后的應(yīng)用提供參考。

【關(guān)鍵詞】雙塔連體結(jié)構(gòu)；連體位置；地震響應(yīng)；

1.引言：

雙塔連體結(jié)構(gòu)由于外觀新穎獨特，可滿足建筑師的設(shè)計需求，并可以良好地增加塔樓之間的交流互通能力，因此在工程應(yīng)用中的優(yōu)勢日益顯現(xiàn)。連體結(jié)構(gòu)的重點在于連體布置，其中連體布設(shè)的位置，對雙塔連體結(jié)構(gòu)整體與連接體本身的地震響應(yīng)有著顯著的影響。本文研究工程位于北京市石景山區(qū)銀河商務(wù)區(qū)，建設(shè)場地有八寶山斷裂通過，該斷裂為北京地區(qū)著名的斷裂之一。依據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011-2010），建設(shè)場區(qū)的抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計地震分組為第一組，設(shè)計基本地震加速度值為0.20g。依據(jù)地勘報告提供的地表下20m深度范圍內(nèi)的土層等效剪切波速值及場地覆蓋層厚度，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011-2010判定，本工程的場地類別為Ⅲ類

2. 結(jié)構(gòu)模型的建立與結(jié)果分析：

考慮了5種工況，分別是單塔結(jié)構(gòu)，雙塔結(jié)構(gòu)，連體布設(shè)于結(jié)構(gòu)上部、中部、下部的雙塔連體結(jié)構(gòu)。 分別對各工況地震響應(yīng)中結(jié)構(gòu)振型，周期，樓層位移信息進行分析對比，主要結(jié)果如下：

（1） 結(jié)構(gòu)振型與周期：

單塔結(jié)構(gòu)振第一振型為結(jié)構(gòu)短向（Y向）平動，周期為2.679s，第二振型為結(jié)構(gòu)長向（X向）平動，周期為1.941s，第三振型為扭轉(zhuǎn)振型，周期為1.636s，結(jié)構(gòu)周期比為1.636/2.679=0.61，說明單個塔樓結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)良好。

雙塔結(jié)構(gòu)前兩階振型均為Y向平動，分別為兩塔樓同向平動與反向錯動。第一平動周期為2.593s，第三階振型為X向平動，周期為1.912s，第四階振型為扭轉(zhuǎn)振型，周期為1.615s，結(jié)構(gòu)周期比為0.62。

連接體布設(shè)在結(jié)構(gòu)上部的雙塔連體結(jié)構(gòu)第一振型為Y向平動，周期為2.647s，第二振型為扭轉(zhuǎn)振型，周期為2.199s，第三振型為X向平動，周期為1.922s，周期比增加明顯，數(shù)值為0.83，該項數(shù)值規(guī)范中的要求為≤0.9，對于結(jié)構(gòu)布置特殊的，應(yīng)≤0.85，說明結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)作用十分巨大。

連接體布設(shè)在結(jié)構(gòu)中部的雙塔連體結(jié)構(gòu)第一振型為Y向平動，周期為2.570s，第二振型為扭轉(zhuǎn)振型，周期為2.210s，第三振型為X向平動，周期為1.861s，周期比為0.86，超出了規(guī)范要求，超出了規(guī)范規(guī)定的周期比限制，說明結(jié)構(gòu)受扭作用大，抗扭性能差。

連接體布設(shè)在結(jié)構(gòu)下部的雙塔連體結(jié)構(gòu)前兩階振型均為Y向平動，周期分別是2.568s，2.289s，第三階振型為X向平動，周期為1.821s，第四階振型為扭轉(zhuǎn)振型，周期為1.187s，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)類似于雙塔結(jié)構(gòu)。周期比為0.46，結(jié)構(gòu)受扭良好。

（2） 樓層位移信息分析：

單塔結(jié)構(gòu)模型X向地震作用下最大樓層位移為75.26mm，最大層間位移角為1/1017。單塔結(jié)構(gòu)模型Y向地震作用下最大樓層位移為106.03mm，最大層間位移角為1/866。

雙塔結(jié)構(gòu)模型X向地震作用下，最大樓層位移為73.58mm，最大層間位移角為1/1180。雙塔結(jié)構(gòu)模型在Y向地震作用下，最大樓層位移為101.33mm，最大層間位移角為1/956。

連接體的存在使得最大樓層位移曲線與最大層間位移角曲線均出現(xiàn)突變，突變位置在連體布設(shè)樓層與相鄰樓層處。

連接體布設(shè)在結(jié)構(gòu)上部的雙塔連體結(jié)構(gòu)模型在X向地震作用下，最大樓層位移為74.32mm，最大樓層位移角為1/1116。在Y向地震作用下，最大樓層位移為125.35mm，最大樓層位移角為1/813。

連接體布設(shè)在結(jié)構(gòu)中部的雙塔連體結(jié)構(gòu)在X向地震作用下，最大樓層位移為70.09mm，最大樓層位移角為1/1111。在Y向地震作用下，最大樓層位移為104.29mm，最大樓層位移角為1/828。

連接體布設(shè)在結(jié)構(gòu)下部的雙塔連體結(jié)構(gòu)在X向地震作用下最大樓層位移為70.20mm，最大層間位移角為1/1202。在Y向地震作用下，最大樓層位移為100.39mm，最大層間位移角為1/888。

3.結(jié)論：

（1）連接體布設(shè)在結(jié)構(gòu)上部與中部的雙塔連體結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)遠大于雙塔結(jié)構(gòu)和單塔結(jié)構(gòu).由于連體的存在，使得兩個相對獨立的塔樓形成一個整體，每個塔樓在地震作用下的平動效應(yīng)都為這個整體的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)做貢獻，扭轉(zhuǎn)振型提前，扭轉(zhuǎn)周期增大。連接體布設(shè)在結(jié)構(gòu)下部時，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)增加不大，其振型、周期反應(yīng)類似于雙塔結(jié)構(gòu)。

（2）連接體的存在使得其布設(shè)位置樓層質(zhì)量明顯增大，響應(yīng)的地震作用力也增大，與相鄰樓層相比變化顯著，在地震作用下，最大樓層位移曲線與最大層間位移角曲線有突變。連接體布設(shè)在結(jié)構(gòu)上部時，樓層最大位移與最大層間位移角數(shù)值都達到最大，其次是連體布設(shè)在結(jié)構(gòu)中部，最次是下部。究其原因，連體布置位置越高，結(jié)構(gòu)頂端質(zhì)量附加作用越大，但同時連體對結(jié)構(gòu)整體的平動、扭轉(zhuǎn)剛度增加的貢獻也更大。因此，作者建議在日后雙塔連體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中，應(yīng)盡可能將連體布設(shè)在結(jié)構(gòu)中部偏上的位置，這樣做既可以滿足塔樓連接需求（比如觀景要求，辦公交互要求等），也能夠有效地減小結(jié)構(gòu)頂部位移與層間位移角。

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