某双塔连体高层结构抗震性能分析

冉 莉 王 昭

(河北九易庄宸科技股份有限公司，河北 石家庄 050021)

某双塔连体高层结构抗震性能分析

冉 莉 王 昭

(河北九易庄宸科技股份有限公司，河北 石家庄 050021)

石家庄市某办公大楼采用双塔连体结构体系，属于特别不规则的高层建筑。通过振型分解反应谱法和弹性时程分析法对该结构的抗震性能进行分析，并在设防烈度和罕遇地震下按照C级性能目标对部分连体楼板进行应力分析，针对连接体薄弱部位采取一定的加强措施以保证结构的安全。

抗震性能，振型分解反应谱，弹性动力时程，性能目标，应力分析

0 引言

近年来，建筑形式越来越多样化，双塔连体结构由于它的独特优势被越来越多地应用在实际工程中。双塔连体结构因为通过连接体将两个塔楼连接在一起，其受力比普通单体结构要复杂。连接体部分是连体结构的关键部位，应对其采取必要的抗震加强措施，以确保整体建筑物的安全。

1 工程概况

石家庄某城中村改造项目商品区办公楼，地下2层，地上24层，建筑总高度99.92 m，建筑总面积70 377 m2，由两个塔楼组成，两个塔楼在5层、9层、13层、17层、21层、23层连接(如图1所示)。

结合建筑内部空间和功能及外部形象的设计要求、抗震(风)性能要求、施工周期以及建造成本合理等因素，结构采用钢筋混凝土框架—剪力墙结构体系，剪力墙从基础顶至屋顶保持贯通，且墙体布置无变化。地上1层～3层采用普通框架剪力墙结构，4层及以上各层楼板采用现浇空心楼盖，外圈布置框架梁，筒体与外框柱相连处布置700 mm×350 mm的暗梁，楼层结构布置简图详见图2。

本工程设计使用年限为50年，安全等级为二级，抗震等级为二级，抗震设防类别为丙类，场地类别为Ⅲ类，抗震设防烈为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第二组。

2 弹性计算分析

多遇地震作用下对单塔模型和双塔模型分别进行了振型分解反应谱法分析，并对双塔模型进行了弹性动力时程分析补充计算，对计算结果进行对比分析。使用计算程序为北京盈建科软件股份有限公司编制的YJK软件。

结构计算以地下室顶板作为上部结构嵌固端，计算竖向工况(包括结构自重、附加恒载及活载)和水平荷载工况(包括地震作用及风荷载)。

2.1弹性振型分解反应谱分析

地震作用计算采用考虑扭转耦联的振型分解反应谱法，计算振型取35阶，考虑X向,Y向地震作用，同时考虑偶然偏心的影响。弹性计算分析时不考虑重力二阶效应的不利影响。

小震作用下结构的自振周期折减系数取0.85，阻尼比取0.05，剪力墙连梁刚度折减系数取0.70，梁刚度增大系数根据实际等效刚度取值。

2.1.1结构的自振特性

结构单塔和双塔模型计算得到的周期和有效质量系数见表1，由表1可知，单塔模型与双塔模型在主要振型上具有相同的振动方向，动力特性基本相同；单塔模型计算的周期比小于双塔模型计算的周期比，表明双塔的连接体使得结构扭转效应增强；两个模型的第一扭转自振周期与第一平动自振周期之比均小于0.90，满足规范[3]第3.4.5条要求；两个方向振型参与有效质量均大于总质量的90%，所取振型个数满足规范[3]第5.1.13条要求。

表1 常遇地震作用下计算结果汇总

图3和图4为YJK计算软件计算的结构空间振动形态的前三振型图，由图可以看出分塔和双塔第一振型和第三振型均为平动振型，第二振型均为扭转振型。由于双塔连接体刚度较大，双塔模型的基本振型均为双塔整体振动振型，而不是单塔单独振动振型，说明结构整体性较好，双塔结构的指标特性均以整体模型为主。

2.1.2位移计算结果

50年重现期风荷载作用下及多遇地震作用下结构的最大层间位移角及最大扭转位移比计算结果见表2。根据规范[3]第3.7.3条，楼层层间最大位移角不宜大于1/800，由表2可知，分塔模型和双塔模型在风荷载作用下及地震标准值作用下层间位移角均满足规范要求；其中风荷载效应远小于多遇地震作用效应。相对于分塔模型，双塔模型在X向的风荷载作用和地震作用下的位移角减小，并且扭转位移比也得到改善。在考虑偶然偏心的规定水平地震力作用下，分塔和双塔模型楼层的最大扭转位移比均小于1.4，满足规范[3]3.4.5条要求。

表2 位移计算结果

参数风荷载作用下最大层间位移角(层号)地震作用下最大层间位移角(层号)最大扭转位移比X向Y向X向Y向X向分塔1/1443(16层)1/6383(12层)1/801(15层)1/1590(11层)1．38(5层)双塔1/3234(16层)1/4932(12层)1/966(16层)1/1381(12层)1．36(3层)

2.1.3楼层受剪承载力

根据规范[3]第3.5.3条，结构层间受剪承载力Qi<0.8Qi+1时，结构承载力沿竖向变化不规则，该层称为薄弱层，其对应于地震作用标准值的楼层剪力增大系数为1.25。分塔和双塔模型楼层受剪承载力比值曲线见图5。由图表可知，楼层受剪承载力比值无突变，满足规范[3]第3.5.3条要求，属于承载力变化规则的结构，受剪承载力变化较明显的部位为层高变化、墙柱截面变化处。

2.2弹性动力时程分析

根据规范[3]4.3.4条中表4.3.4，本工程需要采用弹性时程分析方法进行多遇地震下的补充计算，采用YJK程序对双塔模型进行了多遇地震下的弹性时程分析。

按照建筑场地类别和设计地震分组选取5组实际强震记录和2组人工模拟时程曲线，上述时程曲线的选取需符合频谱特性、有效峰值和持续时间即地震动三要素的要求，也同时需要符合结构底部剪力及高阶振型方面的相关要求。

时程曲线的频谱特性，通过波谱转换，可用地震影响系数曲线表征。时程曲线的有效峰值根据规范[1]峰值对各点进行等比例调整。时程曲线的有效持续时间，根据结构基本周期计算取35 s。

弹性时程分析结果见表3，由表3可知，7组时程曲线输入计算的结构平均底部剪力结果大于振型分解反应谱法计算结果的80%，每条时程曲线输入计算的底部剪力均大于反应谱法计算结果的65%，时程分析结果均满足相关规范要求。

表3 弹性时程分析计算结果

3 中庭楼板中震及大震分析

为保证连接体部位的抗震性能，按照C级性能目标及相应的抗震性能水准对中庭楼板进行补充分析和论证。选择对5层及23层中庭楼板进行设防地震及罕遇地震作用下的应力分析，分析结果表明，中庭处楼板在地震作用下随着楼层的增高楼板应力逐渐增大；此外，设防地震作用下中庭楼板在靠近塔楼约2 m范围内开裂，2 m范围内楼板拉应力平均值在2.0 MPa左右，罕遇地震力作用下，中庭楼板在靠近塔楼约4 m范围内开裂，4 m范围内楼板拉应力平均值在3.5 MPa左右，应力极值均出现在中庭楼板的角部。

4 结语

1)在多遇地震下，对单塔和双塔模型进行了振型分解反应谱和弹性动力时程分析，结构的最大层间位移角、位移比等均满足规范要求。

2)对中庭楼板进行了中震及大震作用下的应力分析，为了保障中庭楼板在设防地震和罕遇地震下能够协调两个塔楼共同工作，对中庭梁、板、柱采取以下措施：a.提高楼板X向的配筋率，楼板X向配筋采用双层D14@200，折算楼板应力为400×1%=4.0 MPa，钢筋接头采用焊接；中庭楼板的角部加设放射钢筋5D14；提高与中庭相连的塔楼楼板的配筋率，按最小配筋率0.5%取值。b.提高中庭X向梁的配筋率，上下截面钢筋配筋率均不小于2.0%，且钢筋均拉通设置，钢筋接头采用机械连接。c.提高与中庭相连框架柱的配筋率，配筋率不小于4.0%，箍筋全高加密。

[1] GB 50011—2010,建筑抗震设计规范[S].

[2] GB 50009—2012,建筑结构荷载规范[S].

[3] JGJ 3—2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[4] 刘莉娅，陈 军.四川某复杂连体结构设计[J].建筑结构，2014，44(S1)：189-192.

[5] 黄 瑾，杨 骁，王阳利.某大底盘双塔连体高层结构抗震性能分析和设计[J].建筑结构，2010,40(2)：28-32.

Seismicanalysisofatallbuildingconnectedwithtwintowers

RanLiWangZhao

(JiuyizhuangchenofHebeiScienceandTechnologyCo.,Ltd,Shijiazhuang050021,China)

An office building in Shijiazhuang connected with twin towers is a special irregular high-rise building. Seismic behavior of this building is analyzed by mode-superposition response spectrum method and elastic time-history analysis. In order to ensure the safety of the building, stress analysis of the connective floor is studied under the fortification intensity earthquake and rare earthquake according to C-level performance objective. By the results, measures can be taken to strengthen the weak part.

seismic analysis, mode-superposition response spectrum, elastic time-history, performance objective, stress analysis

1009-6825(2017)28-0053-03

2017-07-23

冉 莉(1984- )，女，硕士，工程师； 王 昭(1980- )，男，高级工程师

TU973.31

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