浅谈悬挂结构的研究现状

刘富欢

【摘 要】本文介绍了悬挂结构的特点以及悬挂结构在国内外的研究现状，提出了进一步研究的方向，为悬挂结构在建筑体系的发展及建筑抗震的研究提供借鉴。

【关键词】核筒；悬挂体结构；Lagrange方程；龙格-库塔方法；地震反应分析

引言

地震是一种自然灾害，一旦发生，都会威胁到人类的生命，造成无法估计的经济损失。中国自古以来就遭遇地震灾害，尤其近年来地震频发，每发生一次强烈地震都会带来重大损失。这些突如其来的灾害给我们带来的不仅是巨大的伤害，更让我们深深地反思如何运用工程结构的抗震知识最大限度的减少国家和人民生命财产的损失，悬挂结构就是在人们不断寻求主动抗震的过程中应运而生的。我国开始研究悬挂结构步伐较国外要晚一些，从20世纪90年代才不断摸索前进的。通过不断模拟分析悬挂结构的地震动力反应，验证了该结构与传统非悬挂结构相比具有良好的减震效果。

一、悬挂结构的分类及特点

悬挂结构是一种新型的建筑结构形式，该结构主要包括巨型框架结构、核筒悬挂结构和拱式悬挂结构。

悬挂结构与传统的建筑结构对比可知，有如下优点：

1.在建筑形式上，体型独特，美观新颖，富于建筑艺术气息，同时它可创造更大的使

用空间，满足人们对建筑结构的各种功能要求，也可以给设计者充分的发挥空间。

2.在结构布置上，悬挂部分通过外伸的转换层悬挂在结构中部的核筒上。作为主要承重构件的核筒占地面积小，不仅可以提高空间的利用率，还可以改善拥挤的交通，同时还可以减小基础施工时可能会造成的不均匀沉降。

3.在抗震性能上，核筒悬挂结构独辟蹊径，将结构的振动控制理论与结构设计原理完美结合，在结构设计中采用相应的抗震措施以提高建筑的稳定性，可以大大提高结构的安全性能。这种新型的减震结构体系为以后高层及超高层的发展方向提供了新的思路。

4.在材料应用上，该结构能更好的发挥建筑材料的力学性能，从而节省材料降低造价。同时，为新材料的应用提供了可能。

5.在结构施工上，可采用多段悬挂施工方案，可显著提高施工进度，节约建筑成本。

二、悬挂结构国内外研究概况及其工程应用

国内外对悬挂结构体系的研究方向大致分为以下几部分：悬挂结构的减震研究；悬挂结构的建模和结构动力反应的分析方法；悬挂结构体系的试验研究等。

（一）国外悬挂结构研究概况及工程应用

国外建筑师研究悬挂建筑结构步伐比较早，在20世纪二十年代初期FLwright就开始了对树状混凝土悬臂结构的研究。随后在1927年Rash等人就提出了悬挂建筑结构的概念，将悬挂的原理与房屋建筑创新性的结合起来。随着社会的不断进步，超高层建筑在国外兴起，1938年Williams将悬挂结构形式融入超高层建筑体系，这是悬挂建筑体系的又一大创新和发展。随着悬挂建筑自身的良好性能及独特的造型，在20世纪中期开始被世界认可和接受，各国开始相继建造了一系列的悬挂高层建筑。1976年B.J.Goodnopl建立了悬挂结构动力分析的模型。同年，N.A.Nikolaen又进一步对悬挂结构的地震动力反应进行了分析计算，从而对该结构的抗震性能更加的深入剖析。90年代，MAriaQ.Feng等人通过用巨型子结构完成了对高层悬挂建筑在风及地震等作用下的研究。

在工程应用方面，1970年在南非约翰内斯堡建造的35层的标准银行可以说是核筒伸臂悬挂结构的典型代表。1972年建成的德国慕尼黑20层的BMW行政大楼该结构用连接梁及楼板将四个开口圆形混凝土小筒核筒连成整体，将其作为主体结构，在其主体结构上由其连接大梁悬挂四个对称的圆弧形楼段。1973年在美国明尼苏达州建造的11层的联邦储备银行，结构主体呈桥形，两条悬链各沿一面，由四个角墩和其顶部9.14m高，83.21m跨的桁架支撑组成。

（二）国内悬挂结构研究概况及工程应用

我国与国外相比，对悬挂结构的研究步伐相对慢一些，从20世纪50年代才开始进行，主要方向是核筒悬挂结构和巨型框架悬挂结构的力学性能和抗震性能。在80年代后期，改革开放后我国对悬挂结构的研究进入了稳步发展的阶段。

赵艳秋是国内首先研究悬挂建筑的学者，在研究中充分考虑了结构受弯扭情况。张晖等人在核筒悬挂模型中的中央筒体与悬挂的楼板之间设置了耗能装置，通过研究其结构的地震动力反应，得出了该悬挂结构有良好的减震作用。杨允表等通过计算核筒悬挂结构，验证了该结构具有明显的减震效果。周坚，伍孝波等人建立了悬挂结构模型，通过对该结构进行地震动力反应实验，进一步表明了该结构有显著的减震效果。罗兆辉等主要从结构的动力特性及核筒自振频率方面进行的实验分析，最终得出在频率很小时，核筒悬挂结构可以大量的吸收地震能，具有明显的减震效果。夏逸鸣等独辟蹊径，从能量方面进行分析，进一步验证了核筒悬挂结构优良的减震效果。

在工程应用方面，我国在60年代初期兴建了一批典型的悬挂式建筑，北京工人体育馆和浙江省人民体育馆。还有南昌拖拉机齿轮厂齿轮车间，4块壳板组成的屋顶悬挂在柱头上，成为当时的一大特色。由于悬挂建筑自身功能的优越性，在三亚市已经建造了具有观赏价值的悬挂建筑结构，中心筒体与吊杆悬挂相结合，增加了内部空间的使用面积，受到旅游城市的青睐。1986年中国香港汇丰银行建成，高48层，是悬挂结构的又杰出一代表作。

三、展望

本文主要对悬挂结构的分类及特点，国内外悬挂结构的研究现状及工程应用进行了总结。悬挂结构形式新颖，造型变化多端，更重要的该结构具有合理的传力体制，与传统建筑结构相比，能够更好的抵抗地震等灾害，达到艺术与建筑的完美结合，越来越受到国内外工程界和学术界的格外关注。我國对悬挂体系的研究起步比较晚，因此对悬挂建筑结构的广泛应用还应展开相关的试验和理论研究，提出更加可靠的抗震方法，以保证建筑结构的安全性和适用性。

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