《双塔连体超高层建筑结构连接方案比较》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双塔连体超高层建筑结构连接方案比较（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1 几屙哞= 固高层建筑结构学术会议论义2 0 0 6 年双塔连体超高层建筑结构连接方案比较侯家健“2 李桢章1 韩小雷2 季静2 谢毅源2( I J 。东省建筑搜计研究院，r 州5 1 0 0 1 0 ：互f # 南理丁太学高层建筑结构研究所，厂州5 1 0 6 4 1 )提要本文探讨连体超高层建筑刚性连接，柔性连接两种结构方案基于计算结果和现有阻尼器技术指柔性方案减震效果主要由于释放连体和塔楼之间水，卜约束，并提出柔性方案设计目前未解决好的关键技术问题是动力弹塑性分析综台比较备方案优缺点后，选择，用性连接方案关键词连体，高层建筑，阻尼 i ，柔性连接1 工程概况本I ：程位于广东珠三角，
2、地面层数3 9 层，高1 4 8米，由平面为切角三角刑的对称双塔构成，东、西塔功能分别为酒店和写字楼，在第3 6 屋面层通过空中连廊连接( 幽1 ) 。连廊底部高度1 3 0 m ，跨度4 2 m 。总高度1 6 8 m 。地震安全性评价表明，设防烈度为6度，常遇地震地面加速度为0 0 7 5 2 9 ，I I 类场地。1 0 0年基本风压为0 6 5 k N m 2 ，地面粗糙度C 类。2 研究现状和工程经验简介图1 、立面图理论分析表明，不对称连体建筑振型很复杂，连体之间的内力与塔楼的刚度、连体高度、连体与塔楼的连接方式有较人关系”。连体与塔楼部分交界位置_ L I 阻尼器连接可以在烈塔连
3、线方向( 纵向) 减小近体内力。“。国内迮体高层建筑的J 程实践逐渐增加，部分f ：稃还进行了振动台试验验证。例如：8度区北京的U H N 双塔对称连体住宅J H 了刚性连接，由丁连体是桁架形式，将两塔的核心筒连接，较女f 地协调了烈塔的地震力分配平变形，振动台试验表明罕遇地燧r 结构保持裂而惯家健；坶1 9 7 2 年E ，高工级纬 句注册I 挂师，话旺船结柏T 冉师( M I S t r u c t F ) 在职博l - 水研究褂刘楚默劓；结构下榉帅学会奇午研究青驰仑( Y o u n gR c s e r c h e rI ；r a n to rf s t r u cr F ) 资助1
4、5 0 第f 几届争日廓层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年不坏”。7 度医上海的交银人厦是不对称以塔迮体，试验结果嵌明在罕遇地皮r 顶部钢结构连廊处出现拉坏”。7 度区r 州信合J “场赴强不对称连体舣塔结构，进行了剐性羽1 柔性连接的对比试验，试验结果和理论分析一致柔性连接可以减小连体内力，最后本J 科实施的是刚性连接方案”1 。抗规对强连接提山的设计建议是尽姑对称和保障连体以及F 部楼层的强度“。世界上首幢超高层连体建筑一日本人阪市新梅田人厦，采川在3 9 4 0 层处刚性连接，在风荷载作用下，刚性连接的迕体结构在纵向位移为前连体结构何移的4 6 、5 3 ，倾覆力矩为非连体结构的5
5、 7 6 5 。在地燧作用F ，顶部铰接时的岗期为独立的两栋楼的平均值。刚性连接时的周期比铰接时的值小5 。由此推算，建筑物顶部的拉弯效果相当丁增加了1 0 的刚度。调查表明，国内外人部分的高层连体结构采州了刚性连接。3 结构方案选择思路3 1 设计条件分析本连体结构有如r 特点：1 ) 为弱不对称双塔连体。虽然取塔平面外轮廓相同，但由丁建筑功能不同，导致酒店核心筒小，办公楼核心筒大，双塔的纵、横向整体刚度不同：2 ) 连体位置高，跨度大质量大，但是宽度较为狭窄。由于建筑外轮廓内凹弧线的关系，连体最窄处仅1 2 m ，为塔楼宽度l 3 。而且由丁距离关系，连体的桁架不可能直接伸入核心筒；3 )
6、 地震和风荷载都可能是控制荷载。本jJ ：程处于6 度设防区，但是地面加速度接近7度：风压较人，本建筑高1 5 0 m ，接近该基本风压起控制作H | 的建筑物界限高度；3 2 单塔结构体系选择观察平面布崔( 图2 ) ，首先选抒框筒体系。试算结果表明，图2 - a ) 中单塔角部6 片剪力墙由1 2 根框架柱代替的布聋形成的连廊刚性连接的框筒结构，整体的抓转远超规范限值，原因是本连体结构对扭转敏感。图2a ) 6 3 4 层结构平面b ) 3 5 ”屋面层结构平面根据系统动力学的分姑模态综合法原理，要提高整体结构抗_ f I 刚度，可以通过增加子第t 儿届伞冈，衍层硅筑结构学术会议论文2 0
7、 0 6 年结构( 单塔) 的抗十H 刚度达剑”l 。参考围内外深圳弧洲人酒店类似单塔体) 弘的经验，决定在单塔平面的二角形切角处增加抗侧构件”1 。结台建筑功能特点和超限市壳要求分析了斜撑、剪力墒两种方式，考虑传力效率和建造成本，犀后选川剪力墒，形成钢混框架一筒体一剪力墙杂交体系。3 3 连体竖向承重结构方式如前所述，近廊跨度4 2 米，宽度1 2 3 1 9 3 米，共5 层。竖向承重结构需要有足够的强度薷刚度而且利丁施r 。可以选I 【 j 的承重结构有悬挑桁架和两端支承桁架。悬挑桁架跨高比约为1 5 ，可以将建筑迮体造型简化为两个单塔结构，给设计带来便利。但是双塔的抗震缝约6 0 0
8、m m ，给建筑处理带来凼难，不被建筑师接受。对两端支承桁架，利埘两层层高为桁架高度已经足够，而且利于结合枉距划分仃间尺寸( 图3 ) 。该桁架r 吊3 5 层，上承岸面层，采州金钢结构形式，桁架施_ L 可以作为施I ：平台，避免1 3 0 m 的高空支模。图3a ) 刚性连接方案立面矾删b ) 柔性连接方案立面3 4 连廊与塔搂刚胜连接由丁本| = 科迎廊宽度约为塔楼宽度的4 0 ，偏小，而且破塔核心筒距离为6 4 m ，实施核心筒之间的刚性连接很幽难。结合建筑物外形平面特点，以及前述作为竖向承重结构的桁架特点，将该桁架沿建筑物外轮廓弧线延伸，在桁架层( 3 6 。3 8 层) 的塔楼范甬
9、内增加斜腹杆，与外框架形成刚性连接( 图3 a ) 。35 连廊与塔楼柔性连接图3 b 表示柔性连接方案，图中圆圈表示其中一端设置阻尼器的何置共4 个，分布于3 6 层迮体桁架端部支庸与塔楼连接的四角。尽管H I 阻尼器为柔性迩接支库从理论分析和试验都表明可以有效减小迮体内力，但将其廊朋丁实际j I ：群仍有一些关键问题需要解决：1 ) 防倒塌准! l ! 【J I I 何移限值为了防l r 住罕遇地震F 迮体倒塌跌落，造成次生，火害阻尼器的极限位移戍人r 连廊可能出现的与塔楼顺部的最u 人相对位移。纵向( 般塔连线方向) 最人相对忙移为：n = n ，也( 1 )其巾D 、为罕遇地震r 戕塔
10、顶部# f 纵向反向振动最人位移的平均值，D 。为连廊在罕遇地震相则地向的最人位移。横向最人相对位移为：口= n ，( 2 )1 5 2 第几届争周t 。i 层吐筑结构学术会义论义2 0 0 6 年D ，! 为连廊在罕遇地震相对地面的最人何移。所以，阻尼器可能产生最人相对位移为： D k = D + D ，( 3 )从目前的计算分析手段来看，D D 、? 是可以通过阻尼器的刚度平阻尼比准确计算的，而D 。- 需要动力弹塑性分析才有可能获得。对包含兰i 三间剪力墒的结构，动力弹塑性分析仍有一定凼难。若从安全角度，按照抗规层间位移角限制值取，则D , J = 1 5 m 。D 。D 。根据人震地震
11、力估算，不超过0 4 m ，故阻尼器的最大位移限值不超过L9 m 。2 ) 阻尼器和计算参数首先考虑抗规推荐的橡胶隔震支座。目前国内可选隔震支座最人的直径为1 1 m ，厚度0 5 m ，极限位移约1 m ”“。其次考虑摩擦重力摆支座( F r i e r i o nP e n d u l u mB e a r i n g s ) ，“F P B 支庸具有白复位，与位移相关的特点。其恢复力模型为：F ：肛+ 兰】D 。R 。( 4 )w ：竖向荷载：R ：支座曲率半径；D ：设计位移：“：动摩擦系数。3 ) 初始刚度和阻尼比的设防标准设定根据刚性连接计算结果，连体部分三个水准地震力和两种重现期
12、风荷载按照大小出现的顺序如图4 。为了保证在小震和风荷载作用F 连体保持一定刚度，不发生过大位移而影响使用，设阻尼器在连体横向受到5 0 年重现期的风载时才开始发生变形。4 方案计算结果和分析4 1 计算参数图4 连体部分风一地震关系比较方案的阻尼器计算参数如表1 ，计算：I ：况包括小震- 卜反应谱分析、时稃分析。表1 用于E T A B S 计算参数选择方案编号等效水r M 0 度( k N m m )晤向刚度( k N m m )5 且，已器的阻尼比阻尼 j W e k l2 0 95 2 7 00 0 5隔振拙W e k 22 4 1 45 2 7 00 2 lF P BW e k 3
13、3 3 2 45 2 7 001 5 3F P BR i g刚性连接1 5 3第十九届辛罔l 岛培建筑结构学术会泌论立2 0 0 6 年4 2 总体指标各个方案自振周期分布较为吻台( 图5 ) ，并振型质苗参与系数类总值的分布也相当一致。以y 向为例，四个计算方案均以第2 和第8 振型累计有效参与质嫱卣分比就达到8 3 ( 图6 ) ，而且四种计算方案的第2 振型均沿Y 向一次振动，第8 振型均是沿y 向二次振动。所以，刚性连接与柔性连接的总体动力性能差异不人。图5 各方案自振周期分布图6 各方案Y 向振型质量参与系数累总值4 3 连体部分对比桁架各层弦杆和斜腹杆反应谱分析工况得到的轴力，可见
14、柔性连接有效降低地震中连体的轴力，且不同阻尼器特性对杆件轴力影响很小( 表2 ) 。表2 连体桁架各层弦杆和斜腹杆轴向力( 单位：k N )n gw e k lW e k 2w e k 33 6 层弦杆4 9 44 7 54 7 44 7 33 7 层弦杆1 2 84 44 45 63 8 层弦杆6 5 25 45 75 4斜腹杆8 4 51 7 91 7 91 7 9为了考察柔性连接方案连体和塔楼的相对能移，取3 7 层塔楼和连体相邻两点的位移为纵、横坐标，绘出在E l - e e n t r o 波小震时程分析作埘下的位移关系。曲线在第1 、I I I 象限时，两点同向运动，当曲线在第r
15、I 、T v 象限时，两点反向运动。分析表明，连体和塔楼基本为同向运动，反向运动的位移量值小- 丁2 0 m m ( 图7 ) 。从计算总体指标羽1 连体山力得到启示：本譬烈塔刚度相似情况卜- ，小震作用时，柔性近接可以释放迎体对塔楼的约束降低连体的地震反应。而且减震的作H j 主要是由丁：约求的释放，至1 ：阻尼器的阻尼比平水甲刚度，对计算结果的影响较小。4 4 未解决的计算问题对下柔性连接方案结构从中震至人震的何移，由于目前动力弹塑性程序功能的限制，仍无法准确汁算。今后需要结合振动台试验和数值分析一起研究。1 5 4 丝! 生旦竺鬯皇星丝苎堑塑兰查垒坚笙兰! ! 塑苎兰图7 aw e k
16、2 连体一塔楼相邻两点纵向位移关系图7 bw e k 2 连体一塔楼相邻两点横向位移5 结论1 )柔性连接方案可以释放塔楼对连体部分的约束，减小连体内力。对丁单塔刚度较大的结构是合适的；2 )剐性连接方案具有构造简单，容易实施的优点，而且可以提供一定的纵向刚度贡献，但需要仔细调整塔楼的刚度比值，减少塔楼不对称导致的受力复杂；3 )罕遇地震下连体部分的位移仍然是分析难点，也是柔性连接关键技术：4 ) 经综合考虑，本工程最后选择剐性方案。感谢容柏生院士、周福霖院士、刘玉树总工、陈星总工、罗赤字主任工在方案阶段对本工程的指导和帮助，感谢王翠坤总工和肖从真博士提供的参考资料。参考文献【1 l建筑抗震设计规范( G B S 0 0 1 1 - 2 0 0 1 )【2 】黄坤耀、孙炳楠、楼文娟，连体刚度对双塔连体高层建筑地震响应的影响，建筑结构学报
