多塔与连体高层结构设计与施工

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1、 多塔与连体高层结多塔与连体高层结构构 设计与施工设计与施工湖南大学湖南大学 沈蒲生沈蒲生1一、基本知识一、基本知识1 1、多塔结构、多塔结构在一个不设永久性变形缝的底盘上，设置在一个不设永久性变形缝的底盘上，设置两个或两个以上塔楼的结构，称为多塔结两个或两个以上塔楼的结构，称为多塔结构。因此，多塔结构的组成为：构。因此，多塔结构的组成为： 一个大底盘；一个大底盘； 两个或两个以上的塔楼。两个或两个以上的塔楼。（1 1）多塔结构的组成）多塔结构的组成2纽约世界贸易中心大楼纽约世界贸易中心大楼3萨拉热窝多功能摩天楼萨拉热窝多功能摩天楼深圳国企大厦深圳国企大厦4迪拜风中烛焰迪拜风中烛焰（2 2）多

2、塔结构的分类）多塔结构的分类 按塔楼数量分类：按塔楼数量分类： 可分为双塔、三塔、四塔等。可分为双塔、三塔、四塔等。 其中以双塔结构使用最多。其中以双塔结构使用最多。 按结构布置分类：按结构布置分类： 双轴对称多塔结构；双轴对称多塔结构； 单轴对称多塔结构；单轴对称多塔结构； 不对称多塔结构。不对称多塔结构。56双轴对称双轴对称单轴对称单轴对称不对称不对称（3 3）工程应用）工程应用 纽约世界贸易中心，纽约世界贸易中心，110110层，层，417m417m，双塔。，双塔。 大连期货大厦，大连期货大厦，5353层，层，241m241m，双塔。，双塔。 厦门东方时代广场，厦门东方时代广场，3232

3、层，层，99.9m99.9m，3 3塔。塔。 杭州国际时代广场，杭州国际时代广场，3030层，层，156.2m156.2m，4 4塔。塔。 深圳福田商城，深圳福田商城，3939层，层，139m139m，5 5塔。塔。 更多实例见表更多实例见表1-11-1。7（4 4）受力特点）受力特点 在荷载和地震作用下，任何一部分的内力和变在荷载和地震作用下，任何一部分的内力和变形都与其它部分有关。结构的内力与变形取决形都与其它部分有关。结构的内力与变形取决于下列因素：于下列因素： 塔楼的结构形式；塔楼的结构形式； 塔楼的对称性；塔楼的对称性； 塔楼刚度与底盘刚度之比；塔楼刚度与底盘刚度之比； 塔楼的间距。

4、塔楼的间距。82 2、连体结构、连体结构（1 1）连体结构的组成）连体结构的组成 两个或两个以上的塔楼；两个或两个以上的塔楼； 一个或一个以上的连接体。一个或一个以上的连接体。连体结构可以有底盘，也可以没有连体结构可以有底盘，也可以没有底盘。底盘。9吉隆坡彼得纳斯大厦吉隆坡彼得纳斯大厦10厦门东方时代广场厦门东方时代广场湖南省广播电视中心湖南省广播电视中心11中央电视台新楼中央电视台新楼北京当代北京当代MOMA工程工程12（2 2）连体结构的分类）连体结构的分类 按塔楼数量分类：按塔楼数量分类： 可分为双塔连体、三塔连体、四塔连可分为双塔连体、三塔连体、四塔连体体 等。其中以双塔连体结构使用最

5、多。等。其中以双塔连体结构使用最多。 按结构布置分类：按结构布置分类： 双轴对称多塔结构；双轴对称多塔结构； 单轴对称多塔结构；单轴对称多塔结构； 不对称多塔结构。不对称多塔结构。13（3 3）工程应用）工程应用 吉隆坡双子塔，吉隆坡双子塔，8888层，层，452m452m，最高连体。，最高连体。 中央电视台新楼，中央电视台新楼，5151层，层，234m234m，斜塔悬连。，斜塔悬连。 北京当代北京当代MOMAMOMA工程，工程，2121层，层，66m66m，9 9塔连体。塔连体。 杭州市民中心大厦，杭州市民中心大厦，2626层，层，110m110m，6 6塔连体。塔连体。 青岛海尔时空飞碟，

6、青岛海尔时空飞碟，100m100m，主塔倾斜，主塔倾斜8080度。度。 更多工程实例见表更多工程实例见表1-21-2。14（4 4）受力特点）受力特点比连体结构更加复杂。影响因素有：比连体结构更加复杂。影响因素有： 塔楼的结构形式；塔楼的结构形式； 塔楼的对称性；塔楼的对称性； 塔楼的间距；塔楼的间距； 连接体的数量、刚度和位置；连接体的数量、刚度和位置； 连接体与塔楼的连接方式；连接体与塔楼的连接方式； 有底盘时，底盘层数、高度及楼面刚度；有底盘时，底盘层数、高度及楼面刚度； 竖向地震作用及风荷载的影响等。竖向地震作用及风荷载的影响等。15二、多塔高层结构的动力特性二、多塔高层结构的动力特性

7、 及地震响应分析及地震响应分析1 1、分析模型、分析模型16串并联质点系层模型串并联质点系层模型串并联质点系层模型串并联质点系层模型17考虑底盘变形的串考虑底盘变形的串并联刚片系层模型并联刚片系层模型分段连续化串并联组模型分段连续化串并联组模型此外，还有应用最为广泛的三维空间动力分析模型。此外，还有应用最为广泛的三维空间动力分析模型。2 2、振动方程、振动方程 对于多自由度体系，无阻尼自由振动方程的基本对于多自由度体系，无阻尼自由振动方程的基本形式为：形式为：183 3、双轴对称双塔结构、双轴对称双塔结构特点：特点： 有五种基本振型。有五种基本振型。19对称双塔结构的五种基本振型对称双塔结构的

8、五种基本振型在水平地震作用下，三种基本振型在水平地震作用下，三种基本振型x xL L- -x xL L、L L- -L L、y yL L- - 的振型参与系数为零，即对的振型参与系数为零，即对内力和位移没有影响。内力和位移没有影响。与单塔结构的受力性能相近。与单塔结构的受力性能相近。以上结论对对称多塔结构具有适应性。以上结论对对称多塔结构具有适应性。20 例例11 与单塔结构比较例题与单塔结构比较例题21平面图平面图底盘平面长底盘平面长115.2115.2 m m，宽，宽57.6m57.6m。 塔塔楼平面轴线楼平面轴线长长28.8m28.8m，宽，宽28.8m28.8m。22正立面图正立面图总

9、共总共3030层，裙层，裙房房5 5层。设防烈层。设防烈度为度为7 7度，阻尼度，阻尼比比0.050.05，二类，二类场地土。其它场地土。其它条件见例条件见例3 33 3。23单塔结构平面图与立面图单塔结构平面图与立面图（1 1）振型比较）振型比较24单塔结构前单塔结构前1212阶振型阶振型双轴对称双塔结构前双轴对称双塔结构前1212阶振型阶振型（2 2）周期比较）周期比较25振振 型型 单 塔塔 结 构构 双双 塔塔 结 构构周周 期期平平 动 系系 数数（x+ +y） 扭扭转系数系数周周 期期平平 动 系系 数数（x+ +y）扭扭转系数系数 13.4909 0.11+0.89 0.003.

10、4922 0.00+1.00 0.00 23.4903 0.89+0.11 0.003.4853 1.00+0.00 0.00 33.2528 0.00+0.00 1.003.4629 0.00+0.97 0.03 40.9805 0.12+0.87 0.003.3159 1.00+0.00 0.00 50.9805 0.88+0.12 0.003.1802 0.00+0.03 0.97 60.9764 0.00+0.00 1.003.1689 0.00+0.00 1.00（3 3）内力比较）内力比较26单塔结构各楼层地震力单塔结构各楼层地震力对称双塔结构各楼层地震力对称双塔结构各楼层地震力2

11、7单塔各楼层剪力单塔各楼层剪力对称双塔各楼层剪力对称双塔各楼层剪力单塔各楼层弯矩单塔各楼层弯矩对称双塔各楼层弯矩对称双塔各楼层弯矩（4 4）位移比较）位移比较28单塔各楼层位移单塔各楼层位移对称双塔各楼层弯矩对称双塔各楼层弯矩通过上述比较可见，双轴对称双塔结构的受力通过上述比较可见，双轴对称双塔结构的受力性能与相应的单塔结构相似。性能与相应的单塔结构相似。 例例22影响因素分析例题。影响因素分析例题。（1 1）塔楼间距影响）塔楼间距影响29计算模型代号算模型代号 ST1 ST2 ST3 ST4双塔双塔间距（距（净距）距）/m 14.4 28.8 43.2 57.6计算了以下四种情况：计算了以下

12、四种情况：30计算算模模型型代代 号号第第1平平动 周周期期/s第第1扭扭转 周周期期/s塔塔 楼楼顶 层地地 震震力力/kN底底 盘 顶层 地地 震震力力/kN 结 构构 底底 层剪力剪力/kN 结构构底底层弯弯矩矩/kN.m 结 构构顶 层位位 移移/mm结 构构层 间最最 大大位位 移移角角 ST13.4916 3.1851 701.09 5025.78 14497.71428865.672.021/845 ST23.4922 3.1802 701.29 5025.79 14498.47429860.671.931/846 ST33.4867 3.1772 700.69 5025.88

13、14498.62428952.171.141/851 ST43.4906 3.1764 701.26 5024.73 14493.64428806.872.221/843由表可见，塔楼间距对结构受力性能影响很小。由表可见，塔楼间距对结构受力性能影响很小。（2 2）底盘高度影响）底盘高度影响31对自振周期的影响对自振周期的影响对顶层地震反应力的影响对顶层地震反应力的影响32对底盘顶层地震力的影响对底盘顶层地震力的影响对底盘底层剪力的影响对底盘底层剪力的影响33对塔楼顶部位移的影响对塔楼顶部位移的影响对最大层间位移的影响对最大层间位移的影响上述比较表明，底盘高度对结构受力性能有较大影响。上述比较表

14、明，底盘高度对结构受力性能有较大影响。（3 3）底盘刚度影响）底盘刚度影响34为了考查底盘刚度对结构性能的影响，在底盘中为了考查底盘刚度对结构性能的影响，在底盘中增加少量的剪力墙，结果如下表。增加少量的剪力墙，结果如下表。结构构类别第第1平平动周期周期/s第第1扭扭转周期周期/s塔塔 楼楼 顶层 地地 震震力力/kN底底 盘 顶层 地地 震震力力/kN底底层地地震震剪力剪力/kN最最 大大 楼楼层 位位 移移/mm层间最最大大位位移移角角/rad普通底普通底盘3.49223.1802701.285025.8114498.5071.931/846底底盘刚度增大度增大3.41443.1764762

15、.036445.9217101.3768.401/876由表可见，底盘刚度对结构性能有较大影响。由表可见，底盘刚度对结构性能有较大影响。4 4、不对称双塔结构、不对称双塔结构 例例33 左、右塔楼高度不等时的算例。左、右塔楼高度不等时的算例。35立面图立面图左塔逐渐由左塔逐渐由3030层层降至降至1515层，右塔层，右塔逐渐由逐渐由0 0层增加层增加至至1515层，每次变层，每次变化一层。其它情化一层。其它情况见例况见例3-63-6。36左、右塔楼高度不同时左、右塔楼高度不同时底盘顶层地震力的变化底盘顶层地震力的变化左、右塔楼高度不同时左、右塔楼高度不同时 底盘底部剪力的变化底盘底部剪力的变化

16、（水平坐标表示右塔楼高度与左塔搂高度之比。）（水平坐标表示右塔楼高度与左塔搂高度之比。）三、连体高层结构的动力特性三、连体高层结构的动力特性 及地震响应分析及地震响应分析1 1、分析模型、分析模型37串并联质点系层模型串并联质点系层模型38串并联刚片系层模型串并联刚片系层模型39考虑底盘和连接体变形的串并联刚片系层模型考虑底盘和连接体变形的串并联刚片系层模型40质量集中于节点系模型质量集中于节点系模型41分段连续化的串联模型分段连续化的串联模型2 2、振动方程、振动方程 对于多自由度体系，无阻尼自由振动方对于多自由度体系，无阻尼自由振动方程的基本形式为：程的基本形式为：423 3、双轴对称连体

17、结构、双轴对称连体结构 例例44与单塔结构比较算例。与单塔结构比较算例。4344（1 1）位移比较）位移比较45地震作用下地震作用下x方向最大位移方向最大位移地震作用下地震作用下y方向最大位移方向最大位移（2 2）内力比较）内力比较46地震作用下楼层剪力地震作用下楼层剪力地震作用下楼层弯矩地震作用下楼层弯矩（3 3）振型比较）振型比较47单塔结构振型单塔结构振型双轴对称双塔结构振型双轴对称双塔结构振型（4 4）周期和振型方向比较）周期和振型方向比较48振型振型周周期期/s方方 向向角角（0）类型型扭扭 振振成成 分分 12.38 0.00 X 向向 0.00 22.0790.00 Y向向 0.

18、00 31.82-0.30 扭扭转 1.00 40.61 0.00 X向向 0.00 50.58 2.80 扭扭转 1.00 60.5290.00 Y向向 0.00振型振型周周 期期/s方方 向向角角 （0）类型型扭扭振振成成分分 12.36 0.00X 向向 0.00 22.1890.00Y向向 0.00 31.9790.30扭扭转 1.00 40.78 -8.00扭扭转 0.68 50.7689.90扭扭转 1.00 60.70 0.00Y向向 0.38单塔结构周期和振型单塔结构周期和振型双向对称双塔连体结构周期和振型双向对称双塔连体结构周期和振型由上表可见，双向对称双塔连体结构的扭转效应

19、增大。由上表可见，双向对称双塔连体结构的扭转效应增大。3 3、非对称连体结构、非对称连体结构49例例5 非对称双塔连体结构性能算例。非对称双塔连体结构性能算例。 左塔楼为框架左塔楼为框架- -核核心筒结构，右塔心筒结构，右塔楼为纯框架结构，楼为纯框架结构，3030层，顶部采用层，顶部采用桁架做连接体。桁架做连接体。其它条件见例其它条件见例4-54-5。50地震作用下地震作用下x方向最大位移方向最大位移地震作用下地震作用下y方向最大位移方向最大位移51地震作用下楼层剪力地震作用下楼层剪力地震作用下楼层弯矩地震作用下楼层弯矩52刚度对称双塔振型刚度对称双塔振型刚度不对称双塔振型刚度不对称双塔振型四

20、、连接体及其对结构性能的四、连接体及其对结构性能的 影响影响1 1、连接体的分类、连接体的分类53（1）按连接体的结构形式分类）按连接体的结构形式分类普通桁架式连接体普通桁架式连接体空腹桁架式连接体空腹桁架式连接体旋臂式连接体旋臂式连接体吊梁、托梁式连接体吊梁、托梁式连接体（2 2）按连接体与塔楼的连接方式分类）按连接体与塔楼的连接方式分类 连接体与塔楼必须具有可靠连接。连接体与塔楼必须具有可靠连接。 54 刚性连接；刚性连接； 铰接连接；铰接连接； 滑动连接；滑动连接； 弹性连接。弹性连接。连接方式：连接方式：55刚性连接刚性连接铰接连接铰接连接56滑动连接限位装置滑动连接限位装置57橡胶垫

21、支座橡胶垫支座带阻尼器的橡胶垫支座带阻尼器的橡胶垫支座（3）按连接体与塔楼的相对刚度分类）按连接体与塔楼的相对刚度分类 可分为：强连接；弱连接。可分为：强连接；弱连接。（4）按连接体的跨度分类）按连接体的跨度分类 可分为：大跨度连接体；小跨度连接体。可分为：大跨度连接体；小跨度连接体。（5）按连接体的位置分类）按连接体的位置分类 可分为：高位连接；中位连接；低位连可分为：高位连接；中位连接；低位连 接。接。582 2、连接体位置对结构受力性能的影响、连接体位置对结构受力性能的影响59例例6 连接体位置对结构受理力性能影响例题。连接体位置对结构受理力性能影响例题。某塔楼左塔某塔楼左塔45层，右塔

22、层，右塔30层，底盘层，底盘4层。连接体按层。连接体按下列四种情况布置：下列四种情况布置：情况情况1：连接体布置在矮塔：连接体布置在矮塔1/4处（第处（第9、10层）；层）；情况情况2：连接体布置在矮塔：连接体布置在矮塔1/2处（第处（第16、17层）；层）；情况情况3：连接体布置在矮塔：连接体布置在矮塔3/4处（第处（第23、24层）；层）；情况情况4：连接体布置在矮塔顶部（第：连接体布置在矮塔顶部（第29、30层）。层）。60前前18阶周期阶周期（1 1）周期、振型对比）周期、振型对比61连接体位置对周期的影响连接体位置对周期的影响连接体位置对连接体位置对Tt/T1的影响的影响62情况情况

23、1的前的前8阶振型阶振型1 2 3 45 67 8631 2 3 4 5 6 7 8情况情况2的前的前8阶振型阶振型64（2 2）位移比较）位移比较X方向层间位移角方向层间位移角 y方向层间位移角方向层间位移角65X方向楼层最大侧移方向楼层最大侧移顶层扭转角变化顶层扭转角变化高塔塔顶侧移高塔塔顶侧移矮塔塔顶侧移矮塔塔顶侧移66（3 3）内力比较）内力比较X方向剪力方向剪力Y方向剪力方向剪力各楼层扭矩各楼层扭矩3 3、连接体数量对结构受力性能的影响、连接体数量对结构受力性能的影响67正立面图正立面图例例7 连接体数量影响例题。连接体数量影响例题。左塔左塔45层，右塔层，右塔30层，裙房层，裙房4

24、层。层。连接体情况如下：连接体情况如下：情况情况1：无连接体。：无连接体。情况情况2：矮塔顶设一道。：矮塔顶设一道。情况情况3：矮塔顶、：矮塔顶、1/2处，共两道。处，共两道。情况情况4：矮塔顶、：矮塔顶、3/4、1/2处，处， 共三道。共三道。情况情况5：矮塔顶、：矮塔顶、3/4、1/2、1/4处，处， 共四道。共四道。其它条件见例其它条件见例5-17。68各算例前各算例前18阶周期阶周期（1 1）周期对比）周期对比69X方向最大位移方向最大位移Y方向最大位移方向最大位移（2 2）位移对比）位移对比70X方向层间最大位移角方向层间最大位移角y方向层间最大位移角方向层间最大位移角71X方向楼层

25、最大剪力方向楼层最大剪力y方向楼层最大剪力方向楼层最大剪力（3 3）内力对比）内力对比72楼层扭矩楼层扭矩塔顶扭转角塔顶扭转角4 4、连接体与塔楼连接方式对结构受力性能的影响、连接体与塔楼连接方式对结构受力性能的影响73塔楼平面塔楼平面裙房平面裙房平面例例8 连接体与塔楼连接连接体与塔楼连接方式比较例题方式比较例题5 。对称双塔结构，对称双塔结构，28层，裙层，裙房房5层，三种连接方式：层，三种连接方式：（1）两端刚接。）两端刚接。（2）两端铰接。）两端铰接。（3）左端铰接，右端刚）左端铰接，右端刚接。接。其它条件见例其它条件见例5-19。74连接方式接方式两端两端刚接接两端两端铰接接左端左端

26、铰接、右端接、右端刚接接X向向顶点位移点位移/mm底部剪力底部剪力/kN底部弯矩底部弯矩/kN.m连体体竖向剪力向剪力/kN连体弯矩体弯矩/kN.m11.91094398.3881.6410548.6448.641.3881.38810212.36214404.9781.631053.9433.9430 012.15444401.7821.631053.2473.2470 0Y向向顶点位移点位移/mm底部剪力底部剪力/kN底部弯矩底部弯矩/kN.m连体体竖向剪力向剪力/kN连体弯矩体弯矩/kN.m13.77524382.2841.611050 00 013.77614382.2871.6110

27、50 00 013.77414382.2841.611050 00 0五、工程实例五、工程实例 实例实例11 长沙市长沙市S S住宅小区大底盘住宅小区大底盘6 6塔高层结构设计复核塔高层结构设计复核塔楼平面布置及墙柱平面布置示意塔楼平面布置及墙柱平面布置示意751 1、 概述概述原设计的主要问题：原设计的主要问题：（1 1）高宽比超限，未设地下室，）高宽比超限，未设地下室， 基础埋基础埋 设深度不符合要求，结构在大震设深度不符合要求，结构在大震下下 是否会发生倾覆和失稳？是否会发生倾覆和失稳？（2 2）按单塔结构计算，与按多塔计算差别）按单塔结构计算，与按多塔计算差别 有多大？有多大？（3 3

28、）只用一个软件计算，不符合规范要求。）只用一个软件计算，不符合规范要求。762 2、对原初步设计计算复核、对原初步设计计算复核振型号振型号midas分析分析midas分析分析Satwe分析分析W8-1aW8-1bW8-1周期（周期（s）振动形式振动形式周期（周期（s）振动形式振动形式周期（周期（s）振动形式振动形式12.200X向平动向平动2.241X向平动向平动2.547X向平动向平动22.091Y向向平动平动2.043Y向向平动平动2.523Y向向平动平动31.844扭转扭转1.481扭转扭转2.352Y向平动向平动40.661X向平动向平动0.671X向平动向平动2.249Y向平动向平动

29、50.511Y向平动向平动0.468Y向平动向平动1.989扭转扭转60.445扭转扭转0.358X向平动向平动1.536扭转扭转70.350X向平动向平动0.348扭转扭转0.756X向平动向平动80.235X向平动向平动0.241X向平动向平动0.744X向平动向平动90.230Y向平动向平动0.200Y向平动向平动0.574Y向平动向平动表表1.1 塔塔W8-1按按Midas与与Satwe计算的周期对比分析计算的周期对比分析77振型号振型号midas分析分析midas分析分析Satwe分析分析W8-1aW8-1bW8-1周期（周期（s）振动形式振动形式周期（周期（s）振动形式振动形式周期

30、（周期（s）振动形式振动形式100.194扭转扭转0.197X向平动向平动0.504Y向平动向平动110.186X向平动向平动0.165X向平动向平动0.464扭转扭转120.158X向平动向平动0.150扭转扭转0.404X向平动向平动130.141Y向平动向平动0.133X向平动向平动0.397X向平动向平动140.126X向平动向平动0.127Y向平动向平动0.354扭转扭转150.123扭转扭转0.124X向平动向平动0.283X向平动向平动160.113Y向平动向平动0.104X向平动向平动0.279X向平动向平动170.103扭转扭转0.102Y向平动向平动0.264X向平动向平动

31、180.102X向平动向平动0.088X向平动向平动0.263Y向平动向平动续续 前前 表表78楼号楼号Midas分析分析Satwe分析分析结构总质量结构总质量(t)结构总质量结构总质量(t)W8-1a19677.147W8-1b9606.498W8-134052.47834948.770W8-224786.43025424.125W8-323861.31624455.785W8-524117.39924283.441W8-634535.04035098.555 表表1.6 单塔单塔Midas与与Satwe结构总质量对比分析结构总质量对比分析 79楼号楼号Midas分析分析Satwe分析分析X

32、向底部剪力向底部剪力（kN）Y向底部剪力向底部剪力（kN）X向底部剪力向底部剪力（kN）Y向底部剪力向底部剪力（kN）W8-1a1020.74138.0W8-1b987.31906.7W8-11047.16123.92333.56739.4W8-21367.64902.31157.34091.3W8-31129.54443.51226.04481.2W8-51151.04226.01010.33405.4W8-61626.86938.61429.85667.8表表1.7 单塔单塔Midas与与Satwe风荷载下底部剪力对比分析风荷载下底部剪力对比分析 80楼号楼号Midas分析分析Satwe分

33、析分析X向底部剪力向底部剪力（kN）Y向底部剪力向底部剪力（kN）X向底部剪力向底部剪力（kN）Y向底部剪力向底部剪力（kN）W8-1a1393.071595.01W8-1b683.03830.45W8-12574.382568.652769.082751.34W8-21877.752031.781805.002075.48W8-32082.042031.512032.332010.31W8-51950.02061.01968.122020.24W8-62492.462733.292475.412835.53表表1.8 单塔单塔Midas与与Satwe地震下底部剪力对比分析地震下底部剪力对比分

34、析 81楼号楼号Midas分析分析Satwe分析分析风荷载作用风荷载作用风荷载作用风荷载作用X向顶点位移向顶点位移（mm）Y向顶点位移向顶点位移（mm）X向顶点位移向顶点位移（mm）Y向顶点位移向顶点位移（mm）W8-1a10.946.3W8-1b22.540.2W8-17.346.323.346.1W8-211.543.917.154.7W8-313.663.518.269.0W8-512.348.011.039.1W8-611.882.415.476.2表表1.9 单塔单塔Midas与与Satwe顶点位移对比分析顶点位移对比分析 82楼号楼号Midas分析分析Satwe分析分析风荷载作用风

35、荷载作用风荷载作用风荷载作用X向最大向最大层间位移角层间位移角（层号）（层号）Y向最大向最大层间位移角层间位移角（层号（层号)X向最大向最大层间位移角层间位移角（层号（层号)Y向最大向最大层间位移角层间位移角（层号（层号)W8-1a1/5200(9)1/1375(13)W8-1b1/2468(9)1/1583(15)W8-11/7849(9)1/1373(13)1/2394（9）1/1335（12）W8-21/6011(13)1/1671(18)1/4064（10）1/1403（18）W8-31/5200(9）1/1375（13）1/3194（25）1/1334（12）W8-51/4436（1

36、0）1/1242（13）1/3475（25）1/1579（13）W8-61/6832（10）1/1047（25）1/3079（25）1/1143（24）表表1.10 单塔单塔Midas与与Satwe层间位移角对比分析层间位移角对比分析 83由表由表1可见：可见： （1）按按SATWE的的计计算算结结果果与与按按MIDAS的的计计算算结结果果相相近近，证证明明两两个个程程序序计计算算的的结结果果均均可可信信。其其中中，按按SATWE计计算算的的各各振振型型的的周周期期比比按按MIDAS计计算算的的略略长长，变变形形略略大大，扭扭转转振振型型出出现现略略晚晚，顶顶点点位位移移偏偏小小，底底部部剪剪

37、力力偏偏小小。按按MIDAS计计算算时时，塔楼塔楼W8-6的第的第2振型便为扭转振型。振型便为扭转振型。 （2）塔楼塔楼W8-6有有33层，宽度较小，高宽比大，层，宽度较小，高宽比大，在风荷载的作用下，横向的整体刚度较弱，抗扭刚度在风荷载的作用下，横向的整体刚度较弱，抗扭刚度也较弱，宜采取加强措施。也较弱，宜采取加强措施。843 3、用、用MIDASMIDAS软件按单塔与按多塔软件按单塔与按多塔 计算结果的比较计算结果的比较 我我们们采采用用 M M I I D DA AS S软软件件不不但但进进行行了了各各塔塔楼楼的的单单塔塔分分析析，而而且且进进行行了了多多塔塔分分析析。按按单单塔塔与与按

38、按多多塔塔地地震震作作用用下下的的分分析析结结果果对对 比见表比见表2.22.2。85楼号楼号单塔分析单塔分析整体分析整体分析X向第向第2层剪力层剪力(kN)Y向第向第2层剪力层剪力(kN)X向第向第2层剪力层剪力(kN)Y向第向第2层剪力层剪力(kN)W8-1a1363.441559.341368.211565.93W8-1b666.91830.45686.10886.63W8-21663.801846.691657.281863.58W8-31379.691471.861373.221531.51W8-51345.571626.001375.751649.28W8-62217.882517

39、.322172.612530.11底部总剪力底部总剪力10478.7311283.4612895.28613062.56表表2.2 单塔与整体地震剪力对比分析单塔与整体地震剪力对比分析 86楼号楼号单塔分析单塔分析多塔分析多塔分析X向第向第2层弯矩层弯矩(kN*m)Y向第向第2层弯矩层弯矩(kN*m)X向第向第2层弯矩层弯矩(kN*m)Y向第向第2层弯矩层弯矩(kN*m)W8-1a50934.91355824.19451057.7355926.136W8-1b24857.43628435.04825545.97130364.92W8-274757.60879543.26373556.81979

40、354.312W8-351358.89351984.91650757.28853525.073W8-550030.96658938.57350518.94958436.123W8-6118051.735124533.073115427.875124680.42表表2.3 按单塔与按多塔第按单塔与按多塔第2层地震弯矩对比分析层地震弯矩对比分析 87楼号楼号单塔分析单塔分析多塔分析多塔分析X向顶点位移向顶点位移(mm)Y向顶点位移向顶点位移(mm)X向顶点位移向顶点位移(mm)Y向顶点位移向顶点位移(mm)W8-1a15.115.916.617.8W8-1b15.815.416.217.3W8-2

41、13.814.814.816.7W8-317.417.819.818.9W8-511.112.611.57.0W8-616.325.716.225.8表表2.4 按单塔与按多塔地震下顶点位移对比分析按单塔与按多塔地震下顶点位移对比分析 88振型号振型号周周 期期X向平动因子向平动因子Y向平动因子向平动因子Z向扭转因子向扭转因子12.69870100022.48096.9684.058.9932.388791.848.080.0842.332725.520.0174.4752.308396.510.013.4862.285490.243.576.1972.246474.51025.4982.21

42、3.1696.360.4892.1792.4997.450.07102.15840.0299.960.02112.155593.312.574.11122.049260.3428.8710.8132.02871.498.1490.37按多塔结构计算时的整体周期结果按多塔结构计算时的整体周期结果 89 第第1振型振型 Y向平动向平动 第第2振型振型 Y向平动向平动 第第3振型振型 X向平动向平动 第第4振型振型 扭转扭转 90第第5振型振型 X向平动向平动 第第6振型振型 X向平动向平动 第第7振型振型 X向平动向平动 第第8振型振型 Y向平动向平动 91第第9振型振型 Y向平动向平动 第第10

43、振型振型 Y向平动向平动 第第11振型振型 X向平动向平动 第第12振型振型 X向平动向平动 92由表由表2可见：可见： （1）按整体分析的底盘底部和第按整体分析的底盘底部和第2层底部的地层底部的地震剪力比按单塔分析的略大。震剪力比按单塔分析的略大。 （2）从从结结构构Z向向扭扭转转因因子子看看出出整整体体分分析析第第一一扭扭转转主主振振型型的的出出现现比比单单塔塔计计算算时时要要滞滞后后，但但第第1振振型型下下塔塔楼楼W8-6的的变变形形较较大大。第第2振振型型下下塔塔楼楼W8-3的的变变 形形 较较 大大 。 第第4 振振 型型 为为 扭扭 转转 振振 型型 ，塔楼塔楼W8-6的反应很大。

44、的反应很大。 （3）按整体分析时，塔楼按整体分析时，塔楼W8-2沿沿X方向、塔楼方向、塔楼W8-3与与W8-5沿沿Y方向的最大层间位移角较大，宜采方向的最大层间位移角较大，宜采取措施加强。取措施加强。934 4、关于结构的稳定性问题、关于结构的稳定性问题 本本工工程程各各塔塔楼楼的的高高宽宽比比很很大大，需需对对稳稳定定性性进进行行复复核核。高高规规中中有有关关结结构构稳稳定定性性是是通通过过刚刚重重比比控控制制。对对于于剪剪力力墙墙结结构构，当当刚刚重重比比小小于于1.4时时，结结构构失失稳稳；当当刚刚重重比比为为1.42.7时时，要要考考虑虑二二阶阶效效应应；当当刚刚重重比比大大于于2.7

45、时时，结结构构稳稳定定。原原设设计计采采用用SATWE程程序序计计算算得得到到各各塔塔的的刚刚重重比比均均在在4以以上上，表表明明结结构构不不会会丧丧失失稳稳定定。我我们们采采用用MIDAS软软件件计计算算的的结结构构稳稳定定性性如如表表3 。由由表表3 可见，各塔楼均稳定可见，各塔楼均稳定。 94-W8-6#塔SHEAR WALL STRUCTURE STABILITY CHECK RESULT * Unit : m,kN * EJd : Lateral Stiffness of Structure * H : Height of Structure * SigGi : Summation

46、of (1.2*Dead Load + 1.4*Live Load) from base to roof story * P-Delta Check : if (EJd = 2.7*H2*SigGi) then (Not Required) * Structure Check : if (EJd = 1.4*H2*SigGi) then (Stable) - - - - - - -LDCDIREJdHSigGiP-DeltaStructureWXDir-X2.42E+11109.44.49E+05Not RequiredStableWXDir-Y0109.44.49E+05-WYDir-X01

47、09.44.49E+05-WYDir-Y4.12E+10109.44.49E+05Not RequiredStableFYPXDir-X1.89E+11109.44.49E+05Not RequiredStableFYPXDir-Y0109.44.49E+05-FYPYDir-X0109.44.49E+05-FYPYDir-Y1.64E+11109.44.49E+05Not RequiredStable表表3 塔楼塔楼W8-6稳定计算结果稳定计算结果955 5、关于结构的抗倾覆问题、关于结构的抗倾覆问题 本本工工程程的的基基础础埋埋置置深深度度很很浅浅，只只有有 1 1. . 2 2m m 1

48、 1. . 8 8m m ，需需对对抗抗倾倾覆覆问问题题进进行行复复核核。我我国国结结构构抗抗震震设设计计的的原原则则是是 “小小震震不不裂裂，中中震震可可修修，大大震震不不倒倒 ”。我我们们对对各各塔塔在在大大震震下下的的抗抗倾倾覆覆问问题题进进行行了了计算。计算。 按徐培福、黄小坤主编按徐培福、黄小坤主编高层建筑混凝土结构技术规程理解与应高层建筑混凝土结构技术规程理解与应用用一书，高层建筑在地震作用下底部不出现拉应力的条件是：一书，高层建筑在地震作用下底部不出现拉应力的条件是：式中式中，抗抗倾覆力矩覆力矩标准准值，倾覆力矩覆力矩标准准值。 96各塔楼抗倾覆验算结果各塔楼抗倾覆验算结果 由上

49、面的计算可见，塔楼由上面的计算可见，塔楼W8-1A、W8-1B、W8-2和和W8-6 四个塔楼在罕遇地震（即大震）下存在抗倾覆问题，不安全，需要四个塔楼在罕遇地震（即大震）下存在抗倾覆问题，不安全，需要采取适当措施。采取适当措施。 976 6、关于桩的抗剪与桩顶水平变形问题、关于桩的抗剪与桩顶水平变形问题表表4 风荷荷载和地震荷和地震荷载作用下各塔楼作用下各塔楼桩的平均剪力的平均剪力 单位：位：kN塔楼塔楼桩数数(根根)地震地震X(kN)地震地震Y(kN)风 X(kN)风 Y(kN)地震地震X每根每根(kN)地震地震Y每根每根(kN)风X每根每根(kN)风Y每根每根(kN)W8-1A12013

50、9315951020413711.6013.298.534.48W8-1B58683830987190611.7814.3117.0232.86W8-2137187720311367490213.7014.829.9835.78W8-3120208220311129444317.3516.929.4037.02W8-5121195020611151422616.1217.039.5134.92W8-6181249227331626693813.7615.098.9838.3398 根据单桩水平静载报告，其水平极限承载力为根据单桩水平静载报告，其水平极限承载力为250kN，位移，位移10mm对应

51、的荷载为对应的荷载为190kN。据此类推，。据此类推，水平剪力为水平剪力为38.33kN时的水平位移为时的水平位移为2mm左右，因此，左右，因此，本桩在水平荷载下的承载力和水平位移均可靠。本桩在水平荷载下的承载力和水平位移均可靠。997 7、几点建议、几点建议 （1）各塔楼的刚度，特别是塔楼各塔楼的刚度，特别是塔楼W8-6的刚度偏的刚度偏弱，可通过加长剪力墙或加厚剪力墙等措施加强。弱，可通过加长剪力墙或加厚剪力墙等措施加强。 （2）为加强结构的整体性，各层平面开口处的为加强结构的整体性，各层平面开口处的边缘均应采用刚度较大的拉梁拉结。边缘均应采用刚度较大的拉梁拉结。 （3）塔楼）塔楼W8-1A

52、、W8-1B、W8-2、W8-6在在罕遇地震下底部将出现拉应力，罕遇地震下底部将出现拉应力，不满足抗震规范和不满足抗震规范和高规有关抗倾覆的要求，需采取设地下室或设置较高规有关抗倾覆的要求，需采取设地下室或设置较宽的刚性底座加锚杆等措施加强。宽的刚性底座加锚杆等措施加强。 100 实例实例22 中央电视台新主楼工程中央电视台新主楼工程66101CCTVCCTV主楼由塔主楼由塔1 1、塔、塔2 2、裙房及基座组成，地、裙房及基座组成，地下下3 3层，塔层，塔1 1、塔、塔2 2分别为分别为5151层和层和4444层，建筑层，建筑面积面积4040万平方米。塔万平方米。塔1 1、塔、塔2 2均呈均呈

53、6 6 0倾斜，在倾斜，在3737层部分用层部分用1414层高的层高的L L形悬臂结构连为一体，形悬臂结构连为一体，屋面高度屋面高度m m，最大悬挑长度，最大悬挑长度m m。102新新CCTV 主楼结构分区示意图主楼结构分区示意图103塔楼塔楼1典型结构平面图典型结构平面图104外筒典型结构单元外筒典型结构单元主楼采用钢支撑主楼采用钢支撑筒体结构体系。筒体结构体系。整体线性计算以整体线性计算以SAP2000为主，为主，ANSYS为辅。还为辅。还进行了施工模拟进行了施工模拟分析、整体结构分析、整体结构防连续倒塌分析、防连续倒塌分析、舒适度分析等。舒适度分析等。105振型号振型号T1T2T3T4周

54、期周期/s振型振型说明明3.87水平水平，13503.10水平水平，4502.61扭扭转1.22竖向向结构主要周期结构主要周期最大层间位移最大层间位移1/58，满足规范不大于，满足规范不大于1/50的要求。的要求。 结束语结束语1 1、多塔结构和连体结构受力性能复杂，塔楼、多塔结构和连体结构受力性能复杂，塔楼应尽可能均匀、对称布置。应尽可能均匀、对称布置。2 2、多塔结构不宜分解成多个单塔，然后按单、多塔结构不宜分解成多个单塔，然后按单塔结构计算。塔结构计算。3 3、塔楼高度和刚度对多塔结构有较大影响，、塔楼高度和刚度对多塔结构有较大影响，设计时应引起重视。设计时应引起重视。1064 4、连接体与塔楼必须具有可靠连接，防止、连接体与塔楼必须具有可靠连接，防止地震时连接体整体掉落。地震时连接体整体掉落。5 5、连接体的位置、数量、刚度、与塔楼连、连接体的位置、数量、刚度、与塔楼连接方式等，对连体结构的受力性能有重接方式等，对连体结构的受力性能有重大影响，设计时应认真考虑。大影响，设计时应认真考虑。107谢谢各位！谢谢各位！108