（土木工程专业论文）大底盘双塔连体结构的抗震性能研究.pdf

人底盘双塔连体结构的抗震件能研究 摘要 大底盘双塔连体高层结构建筑外形独特，不但可以有效地利用空间资源，提 高地面资源的利用率，同时还可以满足投资者多功能的使用要求，因此，大底盘 双塔连体结构同益成为城市高层建筑中的热点。本文在查阅和阅读了国内外有关 大底盘双塔连体结构资料的基础上，对大底盘双塔连体结构的动力特性以及地震 响应进行了深入的研究，为这类结构的设计提供了依据，并为进一步的研究打下 了基础。论文的研究内容主要包括如下六个方面： ( 1 ) 利用a n s y s 软件建立了栋大底盘等高双塔连体结构三维实体有限元 模型，并验证了该模型与计算方法的正确性。 ( 2 ) 利用a n s y s 软件建立了三维实体大底盘等高双塔连体结构模型，对结 构的动力特性进行了分析，研究结果表明：连接体对大底盘等高双塔结构的低阶 振型影响较大，而对高阶振型影响较小。连接体支承方式的变化对结构的动力特 性低阶的影响较小，而对高阶的影响相对较大。连接体刚度差异变化对对称结构 振型的影响不明显。 ( 3 ) 利用a n s y s 软件建立了三维实体大底盘不等高双塔连体结构模型，对 其结构动力特性进行分析的结果表明：连接体的设置对结构的各阶频率和振型均 有很大的影响，同不设连接体时相比，设置连接体后，结构各阶振型对应的周期 均减小，刚度增强。对于大底盘不等高双塔连体结构，连接体位置变化对结构振 型的影响不明显。 ( 4 ) 采用振型分解反应谱法，对大底盘等高双塔连体结构的地震响应进行了 分析，结果表明t 由于大底盘登高双塔连体结构中两塔楼的相互影响很小，有无 连接体以及连接体位置的变化对大底盘等高双塔连体结构的动力反应影响较小。 提出大底盘等高双塔连体结构的薄弱环节是塔楼，而不是连接体。 ( 5 ) 采用振型分解反应谱法，对大底盘不等高双塔连体结构的地震响应进行 了分析，结果表明：连接体对于地震作用下的楼层剪力影响明显。设置较强连接 体后，刚度突变使塔楼与连接体相连接的上楼层比下楼层的剪力要大很多。提出 对于大底盘不等高双塔连体结构，塔楼间的裙房上部楼盖受力较大，为结构的薄 弱环节，在设计时应注意加强。 ( 6 ) 采用时程分析法，对大底盘双塔连体结构进行动力响应分析的结果表明： 对于大底盘等高双塔连体结构，连接体的连接作用不大；而对于大底盘不等高双 塔连体结构，连接体将减少结构顶部的动力响应。无论大底盘等高双塔连体结构 还是大底盘不等高双塔连体结构，结构在e l c e n t r o 地震波作用下顶层位移 硕i ：学位论文 与加速度比t a f t 地震波作用下顶层位移与加速度都要大，而且不同地震波作用下 顶层最大位移与加速度出现的时刻不相同。对大底盘不等高双塔连体结构的变化 阻尼比研究表明，随着阻尼比的减小，结构的响应随之增大，提出通过设置阻尼 器来有效地减小建筑物的地震反应。 关键词：大底盘双塔连体结构：连接体；振型；振型分解反应谱法；时程分析法 a b s t r a c t lw o - t o w e rc o n n e c t i n gb u i l d i n g sw i t hl a r g eb a s e sh a v es p e c i a lf o r m s t h e vc a n n o to n i ye f f e c t i v e l yu s et h es p a c er e s o u r c e sa n di m p r o v et h e u t i l i z a t i o no ft e r r e s t r i a l r e s o u r c e s , b u ta l s oc a nm e e tt h e r e q u i r e m e n t so f i n v e s t o r s s o , t h et w o - t o w e r c o n n e c t l n gb u i l d i n g sw i t hl a r g eb a s e sb e c o m e so fh i g h r i s eb u i l d i n g si nc i t i e sah o t s p o t b a s e do nt h er e s e a r c hi n f o r m a t i o n sa th o m ea n da b r o a d ，t h es e i s m i cr e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c so ft w o - t o w e rc o n n e c t i n gs t r u c t u r e sw i t hl a r g eb a s e s h a v eb e e ns t u d i e d 1 nt h i st h e s l s 。i 。h em a i nr e s e a r c hr e s u l t si n c l u d et h ef o l l o w i n g s i xa r e a sa sf o l l o w i n g s ： ( 1 ) b yu s i n gt h ea n s y ss o f t w a r e ， m o d e l ，w h i c hi sat w o - t o w e rc o n n e c t i n g b o d ys t r u c t u r ew a se s t a b lis h e d ，a n d c o m p u t a t i o n a lm e t h o dw a sc o n f i r m e d t h et h r e ed i m e n s i o n a le n t i t yf i n i t ee l e m e n t b u i l d i n gw i t hl a r g eb a s e so fc o n t o u rj o i n t e d t h ec o r r e c t n e s s o ft h i sm o d e la n dt h e ( 2 ) b yu s i n gt h ea n s y ss o f t w a r e ，t h et h r e ed i m e n s i o n a le n t i t ym o d e l ，w h i c hi s a t w o - t o w e rc o n n e c t i n gb u i l d i n gw i t hl a r g eb a s e so fc o n t o u r j o i n t e db o d ys t r u c t u r ew a s e s t a b l i s h e d , t h ed y n a m i cb e h a v i o ro ft h i ss t r u c t u r ew a s a n a l y z e d t h en n d i n g sh a d i n d i c a t e dt h a tt h eu n i o nb o d yh a d ab i gi n f l u e n c eo nt h el o w 1 e v e lv i b r a t i o nm o d e o f t h et w o 。t o w e rc o n n e c t i n gb u i l d i n gw i t hl a r g eb a s e s ，w h i l eh a das m a l l i n f l u e n c eo n t h eh l g h - l e v e lo n e - t h ec h a n g eo ft h ec o n n e c t o r sb e a r i n gw a yh a d as m a l li n f l u e n c e o nt h el o w i e v e ld y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so f t h i ss t r u c t u r e ，w h i l eh a dab i gi n f l u e n c e o nt h eh l g h - l e v e lo n e t h er i g i d i t yd i f f e r e n c eo f t h ec o n n e c t o rh a dl i t t l ei n f l u e n c eo n t h ev i b r a t i o nm o d eo ft h es y m m e t r i c a ls t r u c t u r e ( 3 ) b yu s i n gt h ea n s y ss o f t w a r e ，t h et h r e e d i m e n s i o n a le n t i t ym o d e l a t w o - t o w e rc o n n e c t i n gb u i l d i n gw i t hl a r g eb a s e so f j o i n t e db o d ys t r u c t u r e ，w h i c hw a s n o tc o n t o u rw a se s t a b l i s h e d ，t h ed y n a m i cb e h a v i o ro f t h i ss t r u c t u r ew a sa n a l y z e d t h e t l n d l n g sh a di n d i c a t e dt h a tt h es e t t i n go ft h ec o n n e c t o rh a da f f e c t e dt h es t r u c t u r e ，s r e q u e n c ya n dv i b r a t i o nm o d eo fe a c hl e v e lg r e a t l y c o m p a r e dw i t hu n j o i n t e db o d i e s c o r r e s p o n d i n gc y c l eo ft h es t r u c t u r e sv i b r a t i o nm o d ei ne a c hl e v e lr e d u c e da n dt h e n g i d i t yb e c a m es t r o n g e ra f t e rt h ec o n n e c t o rw a ss e t a st ot h et w o t o w e rc o n n e c t i n g b u l l d l n gw l t hl a r g eb a s e so fj o i n t e db o d ys t r u c t u r ew h i c hw a sn o tc o n t o u r t h e d l f f e r e n c eo ft h ec o n n e c t o r sp o s i t i o nh a dl i t t l ei n f u e n c eo nt h ev i b r a t i o nm o d e o ft h e s t r u c t u r e ( 4 ) b yu s i n gt h ed e c o m p o s i t i o nr e a c t i o ns p e c t r a lm e t h o do ft h ev i b r a t i o nm o d e i v t h ee a r t h q u a k er e s p o n s eo ft h et w o t o w e rc o n n e c t i n g b u i l d i n gw i t hl a 。g e b a s e so t c o n t o u rj o i n t e db o d i e s s t r u c t u r ew a sa n a l y z e d t h ef i n d i n g s h a di n d i c a t e d h a 。 b e c a u s eo ft h ei n f l u e n c eb e t w e e nt h et w o t o w e rp l a tf o r mo ft h et w o - t o w e rc o n n e c t l n g b u i l d i n gw i t hl a r g eb a s e so fc o n t o u rj o i n e db o d i e ss t r u c t u r ew a s v e r ys m a l l , w h e h e r t h e r ew a sau n i o nb o d ya sw e l la st h ec h a n g eo fu n i o n b o d y sp o s i t i o nh a das m a 儿 i n n u e n c eo nt h ed y n a m i cr e a c t i o no ft h et w o - t o w e r c o n n e c t i n gb u i l d i n gw i t hl a r g e b a s e so fc o n t o u rj o i n t e db o d i e ss t r u c t u r e t h ew e a kp o i n to f t h et w o - t o w e rc o n n e c 1 n g b u i l d i n gw i t hl a r g eb a s e so fc o n t o u rj o i n t e db o d i e ss t r u c t u r ew a st h e o w e r p l a 1 0 r m ， n o tt h ec o n n e c t o r ( 5 1b yu s i n gt h ed e c o m p o s i t i o nr e a c t i o ns p e c t r a lm e t h o do ft h ev i b r a t l o n m o d e , t h ee a r t h q u a k er e s p o n s eo ft h et w o t o w e rc o n n e c t i n gb u i l d i n g w i t hl a r g eb a s e so f j o i n t e db o d i e ss t r u c t u r e ，w h i c hw a sn o t c o n t o u rw a sa n a l y z e d t h ef i n d l n g sh a d i n d i c a t e dt h a tc o n n e c t o ra f f e c t e dt h ef l o o r ss h e a r i n gf o r c eo b v i o u s l y u n d e rt h ee f f e c t o fq u a k e t h es u d d e nc h a n g eo f t h er i g i d i t ym a d et h es h e a r i n gf o r c e ，t h eu pf l o o r so f t h ec o n n e c t i o nb e t w e e nt h et o w e rp l a tf o r ma n dt h ej o i n t e db o d y ，m u c hb l g g e r t h a n t h ed o w nf l o o r s a st ot h eu n s y m m e t r i c a lt w o t o w e rc o n n e c t i n gb u i l d i n g w i t hl a r g e b a s e ss t r u c t u r e ，t h eu p p e rp a r to fs p a n d r e l r o o m sa m o n gt o w e rp l a t f o r m st a c e d a b i g g e rf o r c e ，w h i c h w a st h es t r u c t u r e sw e a kp o i n ta n dn e e d e d e n h a n c l n gw h e n d e s i g n e d ( 6 ) b yu s i n gt h em e t h o do ft i m ei n t e r v a la n a l y s i s ，t h ea n a l y t i c r e s u l to fd y n a m l c r e s p o n s e o ft h et w o t o w e rc o n n e c t i n gb u i l d i n g w i t hl a r g eb a s e sj o i n 。e d b o d l e s s t r u c t u r ei n d i c a t e dt h a tt h ec o n n e c t i n ge f f e c to f t h ej o i n t e db o d yw a ss m a l la s o h e t w o t o w e rc o n n e c t i n gb u i l d i n gw i t hl a r g eb a s e so fc o n t o u rj o i n e db o d l e ss r u c 。u r e w h i l ea st ot h et w o - t o w e rc o n n e c t i n gb u i l d i n gw i t hl a r g e b a s e so fj o i n e db o d l e s s t r u c t u r ew h i c hw a sn o tc o n t o u r ，t h ec o n n e c t o rw o u l d r e d u c et h ed y n a m i cr e s p o n s eo l t h et o po ft h i ss t r u c t u r e w h e t h e rt h et w o t o w e rc o n n e c t i n gb u i l d i n g w i t hl a r g eb a s e s i sac o n t o u rj o i n e db o d i e ss t r u c t u r e o rn o t ，t h et o pf l o o rd i s p l a c e m e n a n d t h e a c c e l e r a t i o no ft h es t r u c t u r eu n d e rt h ee f f e c to f t h es e i s m i cw a v ee l - c e n t r o w a s b ig g e rt h a nt h a tu n d e rt h ee f f e c to ft h es e i s m i cw a v et a f t t h eo c c u r r i n g t i m eo ft h e t o pf l o o r ，sm a x i m u md i s p l a c e m e n ta n d t h ea c c e l e r a t i o nw a sd i f f e r e n tu n d e r t h ea c t l o n o fe a c hs e is m i cw a v e t h er e s e a r c h o nt h ec h a n g eo ft h ed a m p i n gr a t m o ft h e t w o t o w e rc o n n e c t i n gb u i l d i n gw i t hl a r g eb a s e so f jo i n e db o d i e ss t r u c u r ew h l c hw a s n o tc o n t o u ri n d i c a t e dt h a tt h er e s p o n s e o ft h es t r u c t u r ei n c r e a s e dw i t ht h ed e c r e a s eo f t h ed a m p i n gr a t i o ，a n dt h eb u i l d i n g se a r t h q u a k er e a c t i o n c o u l db er e d u c e de f f e c t l v e i y v i at h es e t t i n go ft h ed a m p v 人底盘双塔连体结构的抗震忡能研究 k e yw o r d s ：t w o t o w e rc o n n e c t i n gb u i l d i n g sw i t hl a r g eb a s e ；c o n n e c t o r ；v i b r a t i o n m o d e ；d e c o m p o s i t i o nr e a c t i o ns p e c t r a lm e t h o do ft h ev i b r a t i o nm o d e ；t i m e h i s t o r y a n a l y s i sm e t h o d v i 顾i ：学位论文 插图索引 图1 1 马来西亚吉隆坡的彼得罗纳斯大厦2 图1 2 上海凯旋门2 图1 3 大阪梅田大厦2 图1 4 上海恒隆广场2 图2 1 大底盘双塔连体结构串并联多质点系层模型1 2 图2 2 复杂串并联刚片系层模型一1 3 图2 3 分段连续化的串并联模型1 4 图3 1 大底盘双塔连体结构算例1 9 图3 2s h e l l 6 3 单元2 1 图3 3b e a m l8 8 单元2 1 图3 4 大底盘双塔连体结构有限元模型2 2 图3 5 有无连体对大底盘等高双塔结构的频率比较图2 5 图3 - 6 大底盘双塔结构( 模型1 ) 的前九阶振型图2 6 图3 7 大底盘双塔连体结构( 模型2 ) 的前九阶振型图2 7 图3 8 大底盘不等高双塔结构( 模型3 ) 的前九阶振型图3 0 图3 - 9 大底盘不等高双塔连体结构( 模型4 ) 的前九阶振型图3 1 图3 1 0 有无连体对大底盘不等高双塔结构的频率比较图3 2 图3 1 1 连体位置变化对大底盘等高双塔连体结构振型比较图3 3 图3 1 2 连体位置变化对大底盘不等高双塔连体结构振型比较图3 5 图3 1 3 连接方式变化大底盘等高双塔结构的频率比较图3 6 图3 1 4 连体刚度变化大底盘等高双塔结构的频率比较图3 8 图4 1 地震反应谱4 4 图4 2x 向地震作用下结构最大位移图4 5 图4 3y 向地震作用下结构最大位移图4 5 图4 - 4x 向地震作用下楼层剪力图4 6 图4 5y 向地震作用下楼层剪力图4 6 图4 6x 向地震作用下结构最大位移图一4 7 图4 7y 向地震作用下结构最大位移图4 7 图4 8x 向地震作用下楼层剪力图4 8 图4 9y 向地震作用下楼层剪力图4 8 图4 1 0 x 向地震作用下结构最大位移图4 9 人底盘双塔连休结构的抗震件能研究 图4 1l 图4 1 2 图4 13 图4 图4 图4 图4 y 向地震作用下结构最大位移图一4 9 x 向地震作用下楼层剪力图5 0 y 向地震作用下楼层剪力图5 0 工向地震作用下结构最大位移图5 1 向地震作用下结构最大位移图51 x 向地震作用下楼层剪力图5 2 y 向地震作用下楼层剪力图一5 2 图5 le l c e n t r o 波5 4 图5 2t a f l 波5 4 图5 3x 向地震作用下对称有连体情况顶层位移时程曲线5 6 图5 4y 向地震作用下对称有连体情况顶层位移时程曲线一5 7 图5 5 工向地震作用下对称有连体情况顶层加速度时程曲线一5 8 图5 - 6y 向地震作用下对称有连体情况顶层加速度时程曲线5 9 图5 7x 向地震作用下对称无连体情况顶层位移时程曲线6 1 图5 8y 向地震作用下对称无连体情况顶层位移时程曲线一6 2 图5 - 9x 向地震作用下对称无连体情况顶层加速度时程曲线。6 3 图5 10y 向地震作用下对称无连体情况顶层加速度时程曲线6 4 图5 1 1x 向地震作用下非对称无连体情况顶层位移时程曲线7 2 图5 1 2y 向地震作用下非对称无连体情况顶层位移时程曲线7 3 图5 1 3x 向地震作用下非对称无连体情况顶层加速度时程曲线7 4 图5 1 4y 向地震作用下非对称无连体情况顶层加速度时程曲线7 5 图5 15x 向地震作用下非对称有连体情况顶层位移时程曲线6 7 图5 16y 向地震作用下非对称有连体情况顶层位移时程曲线6 8 图5 1 7x 地震作用下非对称有连体情况顶层加速度时程曲线6 9 图5 18y 地震作用下非对称有连体情况顶层加速度时程曲线7 0 图5 1 9 单、双向地震输入结构x 向顶层位移时程曲线8 6 图5 2 0 单、双向地震输入结构y 向顶层位移时程曲线8 6 图5 2 1 单、双向地震输入结构x 向顶层加速度时程曲线8 6 图5 2 2 单、双向地震输入结构x 向顶层加速度时程曲线8 7 图5 2 3x 向地震作用下结构顶层位移时程曲线8 7 图5 2 4y 向地震作用下结构顶层位移时程曲线8 8 图5 2 5x 向地震作用下结构顶层加速度时程曲线8 8 图5 2 6y 向地震作用下结构顶层加速度时程曲线8 8 x 硕f ：学位论文 附表索引 表2 1 常用高层结构软件比较l5 表3 1 截面编号与尺寸2 0 表3 2 大底盘双塔连体结构的频率与振型2 3 表3 3 截面编号与尺寸2 4 表3 4 结构前6 阶自振周期2 5 表3 5 结构振型参与质量百分比( ) 2 8 表3 - 6 结构前6 阶自振周期3 l x l 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 象蛹 日期： 学位论文版权使用授权书 b 月) 日 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 作者签名： l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“4 ) f 和裔 导师签名：戈施 日期：川年b 月7 日 日期：砷年6 月夕日 硕士学位论文 第1 章绪论 1 ，1 研究背景及问题的提出 随着城市建设的发展，高层建筑具有有效利用空间资源，提高土地的利用率， 缓解大城市用地紧张的问题等优点。因此，在近现代城市建设中，高层建筑占有 极其重要的地位。一方面，高层建筑不但可以美化城市的空间景观，增加城市的 现代气息，另一方面，高层建筑的发展水平也体现一个国家或城市的经济发展程 度和科学技术水平的高低。 近些年来，随着建筑新材料、新技术的应用，高层建筑日益向多功能方向发 展，出现了大底盘多塔楼连体高层结构。这种结构形式将底部几层公共空间设置 为大底盘，在上部采用两个或两个以上塔楼作为主体结构，上部塔楼间在某些楼 层通过连接体( 如连廊) 相连，使其成为共同的使用空间。大底盘多塔楼连体结构 建筑外形独特，且底盘能创造一个较为宽松的商业空间或共享空间。从而满足投 资者多功能的使用要求，并能获得占地面积小、容积率高等显著的经济效益。因 此，大底盘多塔楼连体结构日益成为高层建筑中的热点。 从上世纪八十年代以来，大底盘多塔楼连体结构作为一种新的结构体系应用 到国内外的一些重大工程中，国内外出现了许多典型的大底盘多塔楼连体结构的 建筑。 以下介绍几个高层连体结构的实例： 1 1 1 马来西亚吉隆坡的彼得罗纳斯大厦 马来西亚吉隆坡的彼得罗纳斯大厦【1 】位于吉隆坡市中心美芝律，双塔大楼的 楼层平面主要是由两个变形的四边形拼接而成的八角星形，8 8 层，高4 5 2 m ，在 4 1 层高的半空用一座双层天桥把双塔连接到一起。如图1 1 。 1 1 2 上海凯旋门 上海凯旋门位于上海，地上建筑3 1 层，总高9 9 9 m ，从5 - - 2 5 层开有高7 6 3 m 、 宽1 3 5 m 的门洞，连接体的支承体系为位于第2 7 层的两根深梁，第2 6 层是由第 2 7 层深梁伸下的吊柱支承。 1 1 3 大阪梅田大厦 位于梅田繁华街的西北方向，高达1 7 3m ，为4 0 层的高层综合写字楼，集办 公和商业为一体。分体式的两栋大楼的顶部相连，是日本最早的空中庭院展望台。 日* n ”* 构n 性能l _ i f 究 如图1 3 。 1 1 4 上海恒隆广场 地下三层，五层裙房，两办公塔楼，一个塔楼为6 1 层，另一塔楼为4 0 层， 混凝土内筒外框结构。如图1 4 。 图i 3 大陬梅田大厦 囤i4 上海恒隆广场 与一般的高层结构相比而言，连体高层结构从几何构成上由两个或更多的塔 楼、连接体以及大底盘组成。连体结构比双塔或多塔结构更具有想象力，是对以 往结构认识结合后进行的新探索。实践证明，这种结构潜力很大。它虽然是利用 现有的结构形式进行简单组合后形成的特殊结构体系，但是却不同于传统意义上 的单独结构体系。由于连接体的存在，塔楼之问将相互作用。对于塔楼之间的相 互联系，连接体的刚度和连接方式起着主要的影响作用。一种是将各层连接体之 间的连接加强，如在竖向加设斜撑，使连接体成为刚度较大的整体结构( 如马来 西亚吉降坡的彼得罗纳斯大厦) ；另一种是各连体楼层之间在结构上是分立的，各 硕十学位论文 连接体端部同塔楼都有可靠的连接，这无疑使连接体整体的刚度减弱。连接的本 质在于为两塔楼之间提供了一定的连接刚度和阻尼，它的强弱主要看结构的需要。 此外，连体结构底部设置大底盘，大底盘与上部塔楼结构连接关系可以多种多样， 常见的有： ( 1 ) 上部塔楼的主要竖向构件没有在底盘处中断，而是通过底盘一直延续到 基础： ( 2 ) 采用转换层衔接底盘和塔楼。包世华、王建东在大底盘多塔结构的振 动计算【2 】一文中指出，底盘剪切刚度与上部结构之比的差异对结构的动力特性 有很大的影响。由于连接体和大底盘的存在，造成大底盘多塔楼连体结构与一般 高层建筑相比要复杂得多。因此，对大底盘多塔楼连体结构进行广泛全面的研究， 对此类结构形式的工程应用将具有指导作用。 1 2 大底盘多塔楼连体结构的研究现状 目前，国内外学者对大底盘多塔楼连体结构形式进行了大量的试验和理论研 究，并做出了卓有成效的工作。 1 2 1 大底盘多塔楼连体结构的试验研究 大底盘多塔楼连体结构的试验主要集中在整体结构模型模拟地震振动台研究 和风洞试验。通过结构模型振动台试验可以研究结构的动力特性，揭示结构抗震 的薄弱环节。 国内针对多塔连体结构所进行的振动台试验主要包括： 1 2 1 1 上海交银金融大厦1 3 l 上海交银金融大厦为双塔弱连结构。其中，南塔楼地面以上5 4 层，塔顶标高 2 3 0 m ：北塔楼地面以上4 6 层，塔顶标高1 9 8 m 。两塔楼每1 3 层为一结构加强层。 由于两塔楼的高度不同，动力特性有较大差异，塔楼间的桁架结构将协调结构的 变形，对整体结构的受力性能产生影响。为了研究结构的抗震性能，在同济大学 进行了振动台试验，试验模型缩比为1 ：3 3 。模型包括两个高层塔楼和塔楼间桁架， 模型总高7 2 8 m ，总质量为8 8 t 。 试验分析认为，多遇七度地震作用下，结构处于弹性工作阶段：七度地震作 用下，结构出现微裂缝，桁架无变形，结构满足规范设计要求；罕遇七度地震作 用下，结构底部柱和剪力墙出现水平裂缝，桁架部分屈服，结构不会倒塌，满足 设计规范要求；罕遇八度地震作用下，结构出现严重开裂，变形增大，桁架屈曲， 甚至拉断。试验对整体结构抗震安全性作出了评定，并提出了设计修改建议，并 在实际工程中得到了应用。 大底盘双塔连体结构的抗震性能研究 1 2 1 2 长寿路商业广场【4 j 长寿路商业广场位于上海长寿路江宁路口，地下1 层，地上3 0 层，裙房为6 层商业用房，框剪结构；第7 层以上为两个塔楼组成的高层住宅，为剪力墙结构， 塔楼与裙房采用箱形梁式转换。原型结构建于类场地土上，需满足七度抗震设 防要求，而且结构复杂，因此在同济大学进行了振动台试验，试验模型缩比为1 ：2 5 ， 模型包括大底盘裙房和两个高层塔楼，模型总高5 1 l m ，总质量为1 5 8 t 。 试验表明，由于双塔结构相互作用，每阶频率主峰值附近均有伴生的频率峰 值。由于楼层平面刚度中心与质量中心较接近，抗侧刚度与楼层质量沿高度方向 分布也基本吻合，地震作用下结构没有明显的扭转反应。随着地震烈度的提高， 由于塔楼相互作用在塔楼间裙房产生较大的内力和变形，导致塔楼间裙房屋面和 楼板开裂，双塔结构的相互作用降低，至罕遇烈度时双塔已分别工作，该结构裙 房楼板刚度无限大假定不再成立。 1 2 1 3 深圳北京国际大厦p j 深圳北京国际大厦位于深圳市福田区景田地段，总建筑面积13 万m 2 ，由东、 西、北三座塔楼组成，其中东塔楼4 1 层，高1 5 3 5 m ，西塔楼2 4 层，高9 1 7 m ， 东、西塔楼通过设有大中庭的5 层裙楼连成整体，形成不对称的大底盘双塔楼结 构。在中国建筑科学研究院抗震所对该双塔结构进行了振动台试验，试验采用1 ：8 0 的有机玻璃模型。 试验表明，由于底部裙楼具有较大的中庭，东、西高低双塔的振型具有一定 的独立性：高塔振型振动较大时，低塔振型很小：反之亦然。结构的纵横向皆有 扭转振动发生。裙楼中庭两侧连接两塔楼的楼板受较大的剪力，是结构的薄弱部 位。 连体结构的风洞试验主要针对其抗风性能。目前国内外在这方面所做的工作 还较少。苏保业【3 】等对深圳北京国际大厦也进行了刚性模型风洞试验，测定了不同 塔楼的风压分布系数。楼文娟等1 6 j 对三栋双塔和双塔连体高层建筑的刚性模型进行 了风洞试验，对其表面风压进行了对比分析，探讨了双塔高层建筑表面风压分布 特征。陈水福等【7 】介绍了三个双塔结构或双塔连体结构的高层建筑刚性模型的风洞 试验及其分析结果。g i o v a n n is o l a r i s 1 分析了各塔楼之间的狭缝效应对结构带来的 影响。j b l e s s m a n n l 9 】分析了风压力对两栋临近高楼的影响。 通过上述的风洞试验可以发现，由于塔楼间的相互影响，多塔及连体建筑与 具有相同体形的单塔建筑物在体形系数上有很大区别，在设计时，不能盲目按单 塔体系套用规范数据。在没有参考依据的情况下，对于这种复杂体形的高层建筑， 尤其是超高层建筑最好通过风洞试验确定其表面风压分布。在有条件的情况下， 也应进行结构的气弹性试验，以确定风对结构的脉动影响。 硕： 学位论文 1 2 2 大底盘双塔连体结构的理论研究 大底盘双塔连体结构的理论研究主要包括静力与动力两个方面。 1 2 2 1 大底盘双塔连体结构的静力分析 静力方面的研究主要有侧向荷载沿不同的方向作用时，连接体的传力机理， 连接体刚度和设置位置对整体受力性能的影响。黄坤耀【l0 】就连接体刚度以及连接 体设置位置对结构的影响进行了静力分析，得出当水平荷载沿纵向作用时，连接 体主要靠轴拉( 压) 和竖向平面内的受弯来传力；当水平荷载沿横向作用时，连接 体主要靠水平面内的弯剪来传力。前者比后者传力更有效，后者还会使塔楼受扭。 连接体连接方式可以有刚性连接、铰接、滑动连接等多种形式，当连接方式不同， 连接体在两塔楼之间的传力机理也不同。当支座为弹性支座时，可以弱化连接体 的刚度，使连梁的受力降低，所以这对连梁受力是有利的。把双塔连体结构构造 成巨型门式结构能大大增强结构的抗侧移能力，并且当连接体抗弯刚度较大时， 连接体设置位置并非是在项部时对结构最有利，而应该是在中上部。王吉民等【l i 】 分析了连接体轴向刚度、竖向平面内的抗弯刚度和水平面内的抗弯刚度以及连接 体设置位置对结构静力性能的影响。还分析了连接体在两塔楼之间的传力机理， 并探讨了要引入连接体楼层楼板面内刚度无穷大假定应满足的条件。 1 2 2 2 大底盘双塔连体结构的动力分析 动力方面的研究包括建立分析模型和确定分析方法，用以分析对称和非对称 双塔连体结构的动力特性和地震响应。分析方法主要有静力法、底部剪力法、振 型分解反应谱法、动力时程分析法、随机分析法、能量分析法和静力推覆法( s t a t i c p u s h o v e ra n a l y s i s ) 等方法。 1 、大底盘双塔连体结构的分析模型 对一个结构进行计算分析，首先要确定它的计算模型。一般的高层建筑常用 的计算模型有t 平面模型、空间协同模型、三维空间分析模型、全三维有限元模 型等【l2 1 。其中平面模型忽略各平面构件间的相互空间作用，用平面模型的计算来 代替整个结构，它只适用于比较规则的框架结构或排架结构。空间协同模型通过 引入楼板平面内刚度无穷大的假定，考虑各个不同位置结构位移的协调，从而进 行水平力的分配，采用该模型计算时，仍然将空间结构分解为平面结构的组合。 三维空间分析模型用普通空间梁单元模拟梁和柱，用空间薄壁杆件单元或三维墙 单元模拟剪力墙，同时引入了楼板平面内刚度无穷大的假定，来降低结构分析的 自由度，以简化计算。前三个模型均需要引入楼板平面内无穷刚度的假定，只适 用于简单体形的结构，用于计算连体结构时，不能正确反映其实际的受力情况。 对于本文研究的结构，最为精确的分析方法还是采用全三维有限元模型的有限单 大底盘双塔连体结构的抗震性能研究 元法。 全三维有限元模型不需要引入楼板平面内刚度无限大的假定，因而可以精确 地反映结构实际的受力情况，但是用其计算复杂结构时，模型的节点和单元数量 非常多，计算量巨大。为此，研究人员提出了一些针对双塔连体结构的计算模型： ( 1 ) 带弹簧的串并联刚片系层模型a 这种模型在塔楼和大底盘建模时，引入 楼板平面内无限刚、楼板平面外刚度为零的假定，将每层楼板简化为具有一定平 面尺寸和转动惯量的刚片，每个刚片具有u ，v ，o 三个自由度。对于连接体，则 取为弹性楼板，按弹簧来考虑。 ( 2 ) 分段连续化的串并联组模型。上述模型是采用离散化的思想，清华大学 的包世华教授则提出了一种采用沿高度方向分段连续化的方法，建立一个分段连 续化的串并联组模型，将楼板和框架的作用均连续化，取每一子结构的侧向位移 和扭转角( u 、v 、0