连体布设位置对双塔连体结构地震响应影响分析

胡海涛 李欣儒

【摘 要】本文以实际建设的一项双塔连体结构为研究背景，考虑了单塔结构，不布设连体形成双塔结构以及连体分别布设在结构上部、中部、下部楼层五种工况，运用PMSAP软件对每种工况分别建模、分析、得出结论，以期为此种结构以后的应用提供参考。

【关键词】双塔连体结构；连体位置；地震响应；

1.引言：

双塔连体结构由于外观新颖独特，可满足建筑师的设计需求，并可以良好地增加塔楼之间的交流互通能力，因此在工程应用中的优势日益显现。连体结构的重点在于连体布置，其中连体布设的位置，对双塔连体结构整体与连接体本身的地震响应有着显著的影响。本文研究工程位于北京市石景山区银河商务区，建设场地有八宝山断裂通过，该断裂为北京地区著名的断裂之一。依据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010），建设场区的抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.20g。依据地勘报告提供的地表下20m深度范围内的土层等效剪切波速值及场地覆盖层厚度，根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010判定，本工程的场地类别为Ⅲ类

2. 结构模型的建立与结果分析：

考虑了5种工况，分别是单塔结构，双塔结构，连体布设于结构上部、中部、下部的双塔连体结构。 分别对各工况地震响应中结构振型，周期，楼层位移信息进行分析对比，主要结果如下：

（1） 结构振型与周期：

单塔结构振第一振型为结构短向（Y向）平动，周期为2.679s，第二振型为结构长向（X向）平动，周期为1.941s，第三振型为扭转振型，周期为1.636s，结构周期比为1.636/2.679=0.61，说明单个塔楼结构地震响应良好。

双塔结构前两阶振型均为Y向平动，分别为两塔楼同向平动与反向错动。第一平动周期为2.593s，第三阶振型为X向平动，周期为1.912s，第四阶振型为扭转振型，周期为1.615s，结构周期比为0.62。

连接体布设在结构上部的双塔连体结构第一振型为Y向平动，周期为2.647s，第二振型为扭转振型，周期为2.199s，第三振型为X向平动，周期为1.922s，周期比增加明显，数值为0.83，该项数值规范中的要求为≤0.9，对于结构布置特殊的，应≤0.85，说明结构扭转作用十分巨大。

连接体布设在结构中部的双塔连体结构第一振型为Y向平动，周期为2.570s，第二振型为扭转振型，周期为2.210s，第三振型为X向平动，周期为1.861s，周期比为0.86，超出了规范要求，超出了规范规定的周期比限制，说明结构受扭作用大，抗扭性能差。

连接体布设在结构下部的双塔连体结构前两阶振型均为Y向平动，周期分别是2.568s，2.289s，第三阶振型为X向平动，周期为1.821s，第四阶振型为扭转振型，周期为1.187s，结构地震响应类似于双塔结构。周期比为0.46，结构受扭良好。

（2） 楼层位移信息分析：

单塔结构模型X向地震作用下最大楼层位移为75.26mm，最大层间位移角为1/1017。单塔结构模型Y向地震作用下最大楼层位移为106.03mm，最大层间位移角为1/866。

双塔结构模型X向地震作用下，最大楼层位移为73.58mm，最大层间位移角为1/1180。双塔结构模型在Y向地震作用下，最大楼层位移为101.33mm，最大层间位移角为1/956。

连接体的存在使得最大楼层位移曲线与最大层间位移角曲线均出现突变，突变位置在连体布设楼层与相邻楼层处。

连接体布设在结构上部的双塔连体结构模型在X向地震作用下，最大楼层位移为74.32mm，最大楼层位移角为1/1116。在Y向地震作用下，最大楼层位移为125.35mm，最大楼层位移角为1/813。

连接体布设在结构中部的双塔连体结构在X向地震作用下，最大楼层位移为70.09mm，最大楼层位移角为1/1111。在Y向地震作用下，最大楼层位移为104.29mm，最大楼层位移角为1/828。

连接体布设在结构下部的双塔连体结构在X向地震作用下最大楼层位移为70.20mm，最大层间位移角为1/1202。在Y向地震作用下，最大楼层位移为100.39mm，最大层间位移角为1/888。

3.结论：

（1）连接体布设在结构上部与中部的双塔连体结构扭转效应远大于双塔结构和单塔结构.由于连体的存在，使得两个相对独立的塔楼形成一个整体，每个塔楼在地震作用下的平动效应都为这个整体的扭转效应做贡献，扭转振型提前，扭转周期增大。连接体布设在结构下部时，结构扭转效应增加不大，其振型、周期反应类似于双塔结构。

（2）连接体的存在使得其布设位置楼层质量明显增大，响应的地震作用力也增大，与相邻楼层相比變化显著，在地震作用下，最大楼层位移曲线与最大层间位移角曲线有突变。连接体布设在结构上部时，楼层最大位移与最大层间位移角数值都达到最大，其次是连体布设在结构中部，最次是下部。究其原因，连体布置位置越高，结构顶端质量附加作用越大，但同时连体对结构整体的平动、扭转刚度增加的贡献也更大。因此，作者建议在日后双塔连体结构的应用中，应尽可能将连体布设在结构中部偏上的位置，这样做既可以满足塔楼连接需求（比如观景要求，办公交互要求等），也能够有效地减小结构顶部位移与层间位移角。

参考文献：

[1] GB 50009—2012 建筑结构荷载规范[S]. 北京： 中国建筑工业出版社，2012.

[2] 沈蒲生.高层建筑结构设计.北京：中国建筑工业出版社，2006，1-13.

[3] 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）.北京：中国建筑工业出版社，2006，7-14.

[4] 陆铁坚.高层建筑扭转耦联振动抗震分析[J].长沙铁道学院学报，1997，15 （4）.

[5] 刘鑫.地震作用下大底盘三塔连体高层结构受力性能研究[D].长沙：湖南大学硕士论文，2008.

[6] 谢琳.中洲中心大底盘非对称多塔结构抗震设计.广东土木与建筑，2003，（12）：11-13.

[7] 张昊.考虑扭转耦联的大底盘非对称多塔楼建筑振动分析的振型数选取.建筑结构，2003，33（5）：21-34.