地震作用下连体高层结构的扭转效应分析-论文.pdf

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1、第29卷第2期青岛大学学报(工程技术版)Vo1．29No．22014年6月JOURNALOFQINGDAOUNIVERSITY【E&T)Jun．2014文章编号：1006—9798(2014)02—0105—06；DOI：10．133061．1006—9798．2014．02．023地震作用下连体高层结构的扭转效应分析林剑(福建泛亚建设设计有限公司，福州福建350001)摘要：为解决连体高层结构在地震中引起的连廊垮塌失效问题，本文选取某大跨度连体结构为原型结构，并从连体结构与主体结构的相对刚度、连体结构

2、的高度和连体结构的跨度等因素，分析地震作用对扭转效应的影响程度。同时，利用MIDASGEN大型通用分析软件，建立了一系列基准化模型，并对选取的3种结构模型的前10阶周期进行比较分析。分析结果表明，连体结构的扭转效应将随着连体与主体相对刚度增大、连体设计高度的降低以及跨度的减小而有不同程度的增大，而且扭转效应也会有所放大。该研究为今后该类结构的抗震设计提供了必要的理论参考。关键词：连体高层结构；扭转效应；相对刚度；扭转振型质量参与系数；高阶振型中图分类号：TU311．3文献标识码：A近年来，大跨度连体高层

3、结构在各大城市不断涌现，有的甚至成为当地的地标性建筑。连体高层建筑结构是指由2个或者2个以上的高层建筑通过在一定高度设置架空连廊，并将其相连而组成的建筑结构形式[1]。然而随着结构体系的日趋复杂和跨度的不断增加，这类结构的抗震安全性应引起人们足够的重视。在地震作用下，被连体结构所连接的主体结构由于连体的存在而相互影响出现扭转耦联现象，使连接部位的应力变得非常复杂，并且连体结构在地震作用下容易发生与主体结构脱离的现象，从而导致连接处发生破坏_2】。1995年日本阪神地震和1999年我国台湾集集地震等国内外

4、大量地震灾害现象均证实了这一点口]，很多连体结构由于连接体本身发生塌落产生了严重的破坏。近年来，随着工程实例的增多，许多学者对连体结构的地震响应特性进行了研究，王浩力等人[5]研究了不同类型地震波对其地震响应的影响；韦晓栋等人]在竖向地震作用下对某双塔连体结构进行了非线性时程分析，表明竖向地震显著影响了连廊跨中杆件的内力。目前，多数研究都是以某个具体工程为原型进行抗震分析，并没有系统地对影响这类结构抗震安全性的跨度、相对刚度和连接刚度等具体参数的合理选取进行探讨，而无法对这类结构的抗震设计给出合理建议。

5、因此，本文选取某大跨度连体结构为原型结构，利用MIDASGEN大型通用分析软件进行有限元模拟，定量分析相对刚度、连体结构的高度和跨度等设计参数的取值对连体结构抗震安全性能扭转效应的影响程度，并进行了数值分析。该研究对同类结构的抗震减灾具有参考价值。1结构模型及振型分析为了更好的研究分析该种结构在地震作用下的响应，本文选取某大跨度连体结构为原型结构，并利用MIDASGEN大型通用分析软件进行有限元模拟。在有限元模型中，将主塔结构考虑为框架一剪力墙结构，两侧塔楼中的竖向构件主要以型钢混凝土柱、普通混凝土柱和

6、剪力墙核芯筒为主，并且在两侧塔楼的中心部位各设置2个核芯筒。采用的连体高层建筑有限元模型如图1所示。图1连体高层建筑有限元模型收稿日期：2O13—11—29；修回日期：2014—01—15基金项目：国家自然科学基金项目(51108089)；福建省自然科学基金基金项目(2011J05128)；高等学校博士学科专项科研基金项目(20113514120005)作者简介：林剑(1971一)，男，福建武平人，高级工程师，主要从事结构设计与结构振动控制研究。Email：linjian1971@sina．corn第2

7、期林剑：地震作用下连体高层结构的扭转效应分析107而模型b对应原始结构。表3结构模型扭转周期比对比S进一步对结构模型扭转周期比进行比较，结果如表3所示。虽然第1扭转周期和第l平动周期都随着连体部分相对主体刚度的增大而减小，但由于连体部分刚度增大，使连体部分对两侧主塔结构的协调作用变大，从而导致结构的扭转周注：为第1扭转周期，T1为第1平动周期。期比增大，表明结构的扭转效应也增大。不同相对刚度结构的扭转振型参与质量对比如表4所示。由表4可以看出，结构的前几阶振型中，扭转参与质量随着连体部分相对主体刚度的增

8、大而增大，到高阶振型后没有明显的变化规律，但是扭转振型参与质量的总和仍然保持增大，因而连体部分相对主体刚度的增大将会导致结构的扭转效应增大。表4结构模型扭转振型参与质量对比模型a模型b模型c模态质量／合计／％质量／合计／质量／合计／％0．09070．11500．00170．143475．022377．47170．O57377．55530．159488．460712．00l588．46180．067188．55340．001991．73O73