高层连体构造变形调节施工技术研讨

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[摘要]近年来,随着投资规模的扩大和对地下空间利用的日益提高,各种不同功能综合在一起形成的多功能高层建筑大量出现。在重点论述高层连体结构的特点及影响其发生变形的因素的基础上,提出几点调控连体结构发生变形的具体的施工技术方法和要求。

[关键词]连体结构动力特性刚度对称性强连接

高层建筑物连体结构是近十几年来发展起来的一种新型结构形式,一方面通过设置连体将不同建筑物连在一起,使其在功能上取得联系;另一方面由于连体结构独特的外形,带来建筑上强烈的视觉效果。由于连体结构要协调各建筑物之间共同作用,受力复杂,扭转效应明显,结构设计难度较大。目前国内此类建筑还很少,关于高层连体结构各方面的研究也不全面。本文仅针对连体结构的变形控制方面作一些粗浅的研究。

一、高层连体结构的常见结构形式及其组成

从图表1中,我们可以看出,高层连体结构一般由塔楼和连体构成。

(一)塔楼

高层连体结构的主要部分是塔楼,它所采用的结构形式同单体建筑结构的结构形式没有显著区别,基本上是框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构、框筒结构、筒体结构等。塔楼之间的对称与否、非对称程度、单体相对刚度对结构性能影响较大。

(二)连体

连体跨越于两塔楼之间,形式上看有点类似于桥梁。从静力的角度分析,桥梁和连体都以承受竖向荷载或水平向风载为主,但从动力的角度分析,桥梁主要承受车辆运行所引起的振动或冲击作用,而连体则主要承受由塔楼传递过来的两端部的振动作用。

(三)连体与塔楼的连接形式

主要有三种:(1)连接体两端与塔楼为刚性连接;(2)连接体一端与塔楼为滑移连接,另一端为刚性连接;(3)连接体两端与塔楼铰接。连体刚度、连体两端的连接处理方式、连体的设置位置对结构性能影响较大。

二、高层连体结构的特点及变形因素研究

高层连体结构体系并不是简单的多质点体系,而是一个多质点的串并联复合体系。连体结构通过连体将各塔楼连成一个整体,使建筑物的工作特点由竖向悬臂梁变成巨形框架,建筑物的振动特性相应发生变化,这种变化必将影响到建筑物的地震反应。另外,如果连体刚度较小,连体在总体上将趋向于空间薄壁杆,其在地震作用下的抗变性能也是一个必须考虑的问题。下面就国内外在各方面的研究现状作一简单介绍:

(一)动力特性和地震响应

研究人员采用串并联刚片层模型,考虑了结构的对称性、地震行波效应对振型参与系数的影响,并把行波效应体现在振型参与系数的地面运动加速度单位向量中。对非对称双塔结构和非对称双塔连体结构的动力特性及地震响应进行比较研究表明:设置连体后,结构整体刚度加强,振型更加复杂,偏心结构的特征更加明显,扭转振型更加丰富,并且低阶振型就开始出现耦合振型。

(二)连体刚度影响

连体结构在设置连体后,塔楼在连接楼层处的刚度发生变化,当连体刚度较大时,此处刚度的突变明显,受力较为复杂。研究表明:当连体相对刚度较小时,可以把双塔连体结构简化为双塔结构计算,计算内力误差不是很大;当连体相对刚度较大时,把塔楼连接楼层连同连体一起当作一刚性楼层,计算误差也很小。对于非对称结构,减小连接体刚度会使高塔的位移响应减小而低塔的位移响应增大;增大连接体刚度会使低塔的位移响应减小而高塔的位移响应增大。

(三)对称性影响

研究人员通过计算分析指出:对于结构和连廊都对称的结构,振型也具有对称性,不是对称的,就是反对称的,这种振型在结构地震反应的计算中对结构是有利的;当双塔高低不同,结构不对称时,其振型也不具备对称性;与相同尺寸的等高双塔相比,不等高双塔高塔部分的地震反应加重,低塔部分的反应相应减小。

(四)抗风分析

对风力的抵抗,连体刚度越强,结构的风振系数越小;两塔之间存在最优的连接阻尼使塔楼的风振系数最小;连体刚度增大使两塔楼的平动加速度略微减小。

(五)结构控制研究

研究人员对连体结构讨论了不同的动力分析方法,分析经典阻尼与非经典阻尼的不同假定,指出连体结构根据连体的不同连接方式应采用不同的计算方法;同时对有阻尼器的连体部分进行了地脉动下的振动实测,识别连体频率,应用半功率法求解了连体的阻尼比。

三、变形调控技术研究

通过以上分析,我们得知,影响高层连体结构发生变形的主要因素有:地震响应,连体刚度,是否对称,是否抗风等。对此,我们将提出以下措施,来减小高层连体结构发生变形的几率。

连体结构连接体部分的材料应首选钢材。因为,钢结构广泛适用于高层、超高层建筑。

对于复杂高层应当用多个程序进行分析,同时还需要对计算结果进行人工判断。

对于平面及竖向均不规则的复杂高层,应注意结构竖向构件特别是剪力墙的布置方式,使整体结构的刚度中心与质量中心靠近,以减小整体结构的发生变形。

应采用提高连体部分桁架的刚度,以及增设连廊水平支撑等方法以此来减小扭转周期。

连接体结构与两侧塔楼的支座连接是连体结构建设的关键问题。宜采用强连接形式,结构计算与设计时要充分考虑其受力与构造,真正做到使其连为整体,完全协调受力。

四、结束语

带有连体结构的高层建筑由于结构体系复杂,受力分析一般比较困难,再加上其他因素,增加了连体结构发生变形的可能性。因此,加大对高层建筑连体结构的研究分析,必将有益于我国高层建筑的发展。

参考文献:

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