高層連體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力計(jì)算模型

1、 實(shí)際工程中，由于連體結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜，構(gòu)件數(shù)量多而成為典型的復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)。這類(lèi)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)自由度一般要有幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)個(gè)，在進(jìn)行動(dòng)力分析時(shí)必須必須采取簡(jiǎn)化措施。 模型簡(jiǎn)化的原則是：在滿(mǎn)足一定的計(jì)算精度的前提下，獲得較快的計(jì)算速度，即達(dá)到計(jì)算精度和計(jì)算速度的平衡。連接方式連接方式 強(qiáng)連接方式：當(dāng)連體結(jié)構(gòu)包含多層樓蓋，且連接體結(jié)構(gòu)剛度足夠，能將主體結(jié)構(gòu)連接為整體協(xié)調(diào)受力變形。兩端剛接、兩端鉸接的連體結(jié)構(gòu)屬于強(qiáng)連接結(jié)構(gòu)。 通常連接體與塔樓的連接處的受力最大，構(gòu)造處理相當(dāng)復(fù)雜，必須謹(jǐn)慎處理。連接體結(jié)構(gòu)可伸至主題內(nèi)筒內(nèi)部，與其可靠連接，無(wú)法做到時(shí)，也可在主體結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置型鋼混凝土與主體結(jié)構(gòu)可靠錨固。強(qiáng)連接

2、方式 弱連接方式：如果連接體結(jié)構(gòu)較弱時(shí)，無(wú)法協(xié)調(diào)連體兩側(cè)結(jié)構(gòu)共同工作，此時(shí)可稱(chēng)為弱連接結(jié)構(gòu)，即連體一端與結(jié)構(gòu)鉸接，另一端滑動(dòng)支座，或兩端都做成滑動(dòng)支座，此時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮滑動(dòng)支座的做法、限復(fù)位裝置的構(gòu)造，并提供滑動(dòng)支座的預(yù)計(jì)滑移量。弱連接方式串并聯(lián)質(zhì)點(diǎn)系模型串并聯(lián)質(zhì)點(diǎn)系模型 對(duì)于雙軸對(duì)稱(chēng)的連體結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)每個(gè)樓層的質(zhì)心與剛心是重合的，因此無(wú)論在單向還是在雙向地震力作用下，只能激起結(jié)構(gòu)水平振動(dòng)，且兩方向的振動(dòng)相互獨(dú)立，互不藕聯(lián)。當(dāng)樓蓋采用無(wú)限剛假定時(shí)（樓蓋平面內(nèi)剛度無(wú)限大，平面外剛度為零），則連體結(jié)構(gòu)的每個(gè)樓蓋只有兩個(gè)側(cè)移未知量，因而對(duì)于雙軸對(duì)稱(chēng)的連體結(jié)構(gòu)，無(wú)論在單向還是雙向地震作用下，結(jié)構(gòu)的振動(dòng)

3、模型均可采用“串并聯(lián)質(zhì)點(diǎn)系模型”。雙軸對(duì)稱(chēng)連體結(jié)構(gòu)的“串并聯(lián)質(zhì)點(diǎn)系”振動(dòng)模型 模型一 上部的各塔樓以及連接體處每個(gè)樓層都簡(jiǎn)化為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，樓板上下各二分之一層高的構(gòu)件質(zhì)量集中在質(zhì)點(diǎn)上。每個(gè)質(zhì)點(diǎn)有兩個(gè)自由度，整個(gè)結(jié)構(gòu)的自由度為2n，動(dòng)力方程中的剛度矩陣為2n*2n階。當(dāng)在結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸方向上分別計(jì)算水平地震作用時(shí)，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)只有一個(gè)位移分量，體系自由度僅為n。 其缺點(diǎn)是，在水平地震作用下，連體的內(nèi)力無(wú)法計(jì)算。 模型二 當(dāng)需要計(jì)算連體的內(nèi)力時(shí)，則可采取這種模型。再此模型中，連體的質(zhì)量分別集中到兩側(cè)的塌樓上，中間的連體可以簡(jiǎn)化為一無(wú)質(zhì)量的水平放置的彈簧與兩側(cè)的塔樓相連，彈簧具有水平、彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度。 模

4、型三 當(dāng)雙軸對(duì)稱(chēng)連體結(jié)構(gòu)中的連體與兩塔樓采用彈性連接時(shí)，可采用這種模型。該模型中，連體質(zhì)量集中成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，兩端通過(guò)彈簧與塔樓連接。單軸對(duì)稱(chēng)的連體結(jié)構(gòu) 對(duì)于單軸對(duì)稱(chēng)體系，當(dāng)?shù)卣鹱饔醚貙?duì)稱(chēng)軸方向時(shí)，由于慣性力即穿過(guò)質(zhì)心，又穿過(guò)剛心，則結(jié)構(gòu)只會(huì)沿此方向水平振動(dòng)。而在另一方向有地震力作用時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生平扭藕聯(lián)振動(dòng)。但這兩個(gè)方向的振動(dòng)相互獨(dú)立，互不影響。所以在計(jì)算沿對(duì)稱(chēng)軸方向上的地震反應(yīng)時(shí)，也可采用串并聯(lián)質(zhì)點(diǎn)系模型。當(dāng)對(duì)稱(chēng)軸方向不同，簡(jiǎn)化的計(jì)算模型也不同。 當(dāng)此結(jié)構(gòu)關(guān)于X軸對(duì)稱(chēng)時(shí)，其簡(jiǎn)化模型如圖所示。當(dāng)結(jié)構(gòu)關(guān)于Y軸對(duì)稱(chēng)時(shí)，其簡(jiǎn)化模型如同模型一，只不過(guò)是計(jì)算模型中的質(zhì)點(diǎn)僅考慮Y方向的自由度。串并聯(lián)剛片系層

5、模型串并聯(lián)剛片系層模型 串并聯(lián)質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)力模型只適用于對(duì)稱(chēng)連體結(jié)構(gòu)在對(duì)稱(chēng)軸方向上的水平地震作用的情況。不對(duì)稱(chēng)連體結(jié)構(gòu)在雙向地震作用下和單軸對(duì)稱(chēng)連體結(jié)構(gòu)在非對(duì)稱(chēng)軸方向的地震作用下都不同程度的存在平扭藕聯(lián)。對(duì)該類(lèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，不可忽略位移的扭轉(zhuǎn)分量。這種情況下，應(yīng)采用串并聯(lián)剛片系層模型。 該模型采用如下假定： 1、樓板平面內(nèi)剛度無(wú)窮大（或分塊無(wú)限剛），平面外剛度為零。 2、樓板上下一般層高的構(gòu)件質(zhì)量集中到樓板處，形成具有一定尺寸的剛片，以反映樓層的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 3、所有的構(gòu)件（梁、柱及剪力墻等）均不考慮自身的抗扭作用。 4、將豎向構(gòu)件集中為一根豎向桿件，連接相鄰剛片的質(zhì)心，由于各樓層的質(zhì)心并不位于同

6、一豎軸上，所以串聯(lián)剛片系層模型往往帶有彎折豎桿。 5、忽略豎向構(gòu)件軸向變形的影響，只考慮各個(gè)剛片繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和沿X、Y軸方向的平動(dòng)。 采用該模型時(shí)，由于每個(gè)樓層只有三個(gè)自由度，整個(gè)結(jié)構(gòu)總的自由度數(shù)是3n,此時(shí)的振動(dòng)方程式3n階的，剛度矩陣式3n*3n的矩陣。一般來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)越不對(duì)稱(chēng)，地震作用下的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象越嚴(yán)重。 如果連體樓板的平面內(nèi)剛度接近或大于塔樓相應(yīng)樓板的平面內(nèi)剛度，并且塔樓和連體之間采用剛性連接，則可以認(rèn)為連體與所在層的塔樓協(xié)同工作，簡(jiǎn)化為一個(gè)剛片。 如果連體樓板平面內(nèi)剛度較小（相對(duì)于塔樓），在水平荷載作用下連體的平面內(nèi)變形不可忽略，但連體與塔樓又是剛性連接，此時(shí)應(yīng)將連體視為彈性樓板，應(yīng)考

7、慮連體樓板在平面內(nèi)的變形。此時(shí)可將連體質(zhì)量分開(kāi)集中于相應(yīng)的塔樓樓層，并用彈簧代替；連體連接塔樓。 如果連體與塔樓連接剛度較小，則連體變形將相對(duì)集中在兩端的連接處。此時(shí)，可對(duì)連體和連體兩端的塔樓層采用分片無(wú)限剛的假定。 由于串并聯(lián)剛片系模型考慮了樓層的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和剛度偏心，其能較全面精確的反應(yīng)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，同時(shí)由于每個(gè)樓層僅考慮三個(gè)自由度，與三維空間動(dòng)力模型相比，其自由度大大降低，動(dòng)力分析的速度大大加快，可以說(shuō)連體結(jié)構(gòu)的串并聯(lián)剛片系模型在計(jì)算精度和計(jì)算效率間取得了較好的平衡。連體結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)中所注意的問(wèn)題連體結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)中所注意的問(wèn)題 連體結(jié)構(gòu)總體為一開(kāi)口薄壁構(gòu)件，扭轉(zhuǎn)性能較差，扭轉(zhuǎn)振型豐富

8、，當(dāng)?shù)谝慌まD(zhuǎn)頻率與場(chǎng)地卓越周期接近時(shí)，容易引起較大的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)，易使結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞。 連體結(jié)構(gòu)各獨(dú)立部分宜有相同或相近的體型、平面布置和剛度，宜采用雙軸對(duì)稱(chēng)的平面形式。7度和8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)，層數(shù)和剛度相差懸殊的建筑不應(yīng)采用連體結(jié)構(gòu)。 架空的連體對(duì)豎向地震的反應(yīng)比較敏感，尤其是自重較大、跨度較大的連體對(duì)豎向地震的影響更為明顯。因此，7度0.15g和8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)，連體結(jié)構(gòu)的連體部分應(yīng)考慮豎向地震的影響。6度和7度0.1g抗震設(shè)計(jì)時(shí)，宜考慮豎向地震的影響。連接構(gòu)造連接構(gòu)造為了使連體結(jié)構(gòu)與主題結(jié)構(gòu)牢固連接，避免地震中塌落，連體結(jié)構(gòu)與主題結(jié)構(gòu)的連接應(yīng)滿(mǎn)足以下要求： 1、連接體結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)宜采用剛性連

9、接，必要時(shí)連接體結(jié)構(gòu)可延伸至主題部分的內(nèi)同，并與內(nèi)筒可靠連接。當(dāng)采用滑動(dòng)連接時(shí)，支座滑移量應(yīng)滿(mǎn)足兩個(gè)方向在罕遇地震作用下的位移要求，并應(yīng)采取防墜落，撞擊措施。 鋼骨柱與箱形鋼梁剛接連鋼骨柱與箱形鋼梁剛接連接節(jié)點(diǎn)（強(qiáng)連接）接節(jié)點(diǎn)（強(qiáng)連接） 位裝滾珠限置位裝滾珠限置 （弱連接）（弱連接） 帶阻尼器的橡膠墊支座帶阻尼器的橡膠墊支座 （弱連接）（弱連接）限位裝置2、連接體結(jié)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)造措施，連接體結(jié)構(gòu)的邊緣邊緣截面宜加大，樓板厚度不宜小于150mm,宜采用雙層雙向鋼筋網(wǎng)，每層每方向鋼筋網(wǎng)的配筋率不宜小于0.25%。連接體結(jié)構(gòu)可設(shè)置鋼梁、鋼桁架和型鋼混凝土梁，型鋼應(yīng)深入主題結(jié)構(gòu)并加強(qiáng)錨固。當(dāng)連接體結(jié)構(gòu)包含多個(gè)樓層時(shí)，應(yīng)特別加強(qiáng)其最下面一層和最上面一層的設(shè)計(jì)和構(gòu)造。 3、抗震設(shè)計(jì)時(shí)，連接體及與連接體相連的