高层连体结构的动力计算模型

1、 实际工程中，由于连体结构体型复杂，构件数量多而成为典型的复杂高层建筑结构。这类结构的节点自由度一般要有几万甚至几十万个，在进行动力分析时必须必须采取简化措施。 模型简化的原则是：在满足一定的计算精度的前提下，获得较快的计算速度，即达到计算精度和计算速度的平衡。连接方式连接方式 强连接方式：当连体结构包含多层楼盖，且连接体结构刚度足够，能将主体结构连接为整体协调受力变形。两端刚接、两端铰接的连体结构属于强连接结构。 通常连接体与塔楼的连接处的受力最大，构造处理相当复杂，必须谨慎处理。连接体结构可伸至主题内筒内部，与其可靠连接，无法做到时，也可在主体结构内设置型钢混凝土与主体结构可靠锚固。强连接

2、方式 弱连接方式：如果连接体结构较弱时，无法协调连体两侧结构共同工作，此时可称为弱连接结构，即连体一端与结构铰接，另一端滑动支座，或两端都做成滑动支座，此时应重点考虑滑动支座的做法、限复位装置的构造，并提供滑动支座的预计滑移量。弱连接方式串并联质点系模型串并联质点系模型 对于双轴对称的连体结构，由于结构每个楼层的质心与刚心是重合的，因此无论在单向还是在双向地震力作用下，只能激起结构水平振动，且两方向的振动相互独立，互不藕联。当楼盖采用无限刚假定时（楼盖平面内刚度无限大，平面外刚度为零），则连体结构的每个楼盖只有两个侧移未知量，因而对于双轴对称的连体结构，无论在单向还是双向地震作用下，结构的振动

3、模型均可采用“串并联质点系模型”。双轴对称连体结构的“串并联质点系”振动模型 模型一 上部的各塔楼以及连接体处每个楼层都简化为一个质点，楼板上下各二分之一层高的构件质量集中在质点上。每个质点有两个自由度，整个结构的自由度为2n，动力方程中的刚度矩阵为2n*2n阶。当在结构的两个主轴方向上分别计算水平地震作用时，每个质点只有一个位移分量，体系自由度仅为n。 其缺点是，在水平地震作用下，连体的内力无法计算。 模型二 当需要计算连体的内力时，则可采取这种模型。再此模型中，连体的质量分别集中到两侧的塌楼上，中间的连体可以简化为一无质量的水平放置的弹簧与两侧的塔楼相连，弹簧具有水平、弯曲和扭转刚度。 模

4、型三 当双轴对称连体结构中的连体与两塔楼采用弹性连接时，可采用这种模型。该模型中，连体质量集中成一个质点，两端通过弹簧与塔楼连接。单轴对称的连体结构 对于单轴对称体系，当地震作用沿对称轴方向时，由于惯性力即穿过质心，又穿过刚心，则结构只会沿此方向水平振动。而在另一方向有地震力作用时，结构会发生平扭藕联振动。但这两个方向的振动相互独立，互不影响。所以在计算沿对称轴方向上的地震反应时，也可采用串并联质点系模型。当对称轴方向不同，简化的计算模型也不同。 当此结构关于X轴对称时，其简化模型如图所示。当结构关于Y轴对称时，其简化模型如同模型一，只不过是计算模型中的质点仅考虑Y方向的自由度。串并联刚片系层

5、模型串并联刚片系层模型 串并联质点系动力模型只适用于对称连体结构在对称轴方向上的水平地震作用的情况。不对称连体结构在双向地震作用下和单轴对称连体结构在非对称轴方向的地震作用下都不同程度的存在平扭藕联。对该类结构进行分析时，不可忽略位移的扭转分量。这种情况下，应采用串并联刚片系层模型。 该模型采用如下假定： 1、楼板平面内刚度无穷大（或分块无限刚），平面外刚度为零。 2、楼板上下一般层高的构件质量集中到楼板处，形成具有一定尺寸的刚片，以反映楼层的转动惯量。 3、所有的构件（梁、柱及剪力墙等）均不考虑自身的抗扭作用。 4、将竖向构件集中为一根竖向杆件，连接相邻刚片的质心，由于各楼层的质心并不位于同

6、一竖轴上，所以串联刚片系层模型往往带有弯折竖杆。 5、忽略竖向构件轴向变形的影响，只考虑各个刚片绕Z轴的转动和沿X、Y轴方向的平动。 采用该模型时，由于每个楼层只有三个自由度，整个结构总的自由度数是3n,此时的振动方程式3n阶的，刚度矩阵式3n*3n的矩阵。一般来说，结构越不对称，地震作用下的扭转现象越严重。 如果连体楼板的平面内刚度接近或大于塔楼相应楼板的平面内刚度，并且塔楼和连体之间采用刚性连接，则可以认为连体与所在层的塔楼协同工作，简化为一个刚片。 如果连体楼板平面内刚度较小（相对于塔楼），在水平荷载作用下连体的平面内变形不可忽略，但连体与塔楼又是刚性连接，此时应将连体视为弹性楼板，应考

7、虑连体楼板在平面内的变形。此时可将连体质量分开集中于相应的塔楼楼层，并用弹簧代替；连体连接塔楼。 如果连体与塔楼连接刚度较小，则连体变形将相对集中在两端的连接处。此时，可对连体和连体两端的塔楼层采用分片无限刚的假定。 由于串并联刚片系模型考虑了楼层的转动惯量和刚度偏心，其能较全面精确的反应结构的动力特性，同时由于每个楼层仅考虑三个自由度，与三维空间动力模型相比，其自由度大大降低，动力分析的速度大大加快，可以说连体结构的串并联刚片系模型在计算精度和计算效率间取得了较好的平衡。连体结构在抗震设计中所注意的问题连体结构在抗震设计中所注意的问题 连体结构总体为一开口薄壁构件，扭转性能较差，扭转振型丰富

8、，当第一扭转频率与场地卓越周期接近时，容易引起较大的扭转反应，易使结构发生脆性破坏。 连体结构各独立部分宜有相同或相近的体型、平面布置和刚度，宜采用双轴对称的平面形式。7度和8度抗震设计时，层数和刚度相差悬殊的建筑不应采用连体结构。 架空的连体对竖向地震的反应比较敏感，尤其是自重较大、跨度较大的连体对竖向地震的影响更为明显。因此，7度0.15g和8度抗震设计时，连体结构的连体部分应考虑竖向地震的影响。6度和7度0.1g抗震设计时，宜考虑竖向地震的影响。连接构造连接构造为了使连体结构与主题结构牢固连接，避免地震中塌落，连体结构与主题结构的连接应满足以下要求： 1、连接体结构与主体结构宜采用刚性连

9、接，必要时连接体结构可延伸至主题部分的内同，并与内筒可靠连接。当采用滑动连接时，支座滑移量应满足两个方向在罕遇地震作用下的位移要求，并应采取防坠落，撞击措施。 钢骨柱与箱形钢梁刚接连钢骨柱与箱形钢梁刚接连接节点（强连接）接节点（强连接） 位装滚珠限置位装滚珠限置 （弱连接）（弱连接） 带阻尼器的橡胶垫支座带阻尼器的橡胶垫支座 （弱连接）（弱连接）限位装置2、连接体结构应加强构造措施，连接体结构的边缘边缘截面宜加大，楼板厚度不宜小于150mm,宜采用双层双向钢筋网，每层每方向钢筋网的配筋率不宜小于0.25%。连接体结构可设置钢梁、钢桁架和型钢混凝土梁，型钢应深入主题结构并加强锚固。当连接体结构包含多个楼层时，应特别加强其最下面一层和最上面一层的设计和构造。 3、抗震设计时，连接体及与连接体相连的