竖向地震作用下双塔连体结构非线性时程解析

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1、竖向地震作用下双塔连体结构非线性时程解析　　摘要：双塔连体结构是通过连接体，将两个塔楼的上部连接在一起，形成即可以独立而又相互连通的独特的建筑结构形式。双塔连体结构以其新型的外观在建筑领域得到广泛应用。但是，双塔连体结构在地震的作用下，扭转现象非常明显，而且竖向地震作用下抗震效果如何，需要对双塔连体结构建筑体进行非线性时程分析，以确定最终的双塔连体结构的抗震能力。本文通过对某一双塔连体结构的数字化模型进行竖向地震波的输入，利用非线性时程分析方法，对双塔连体结构进行受力分析，研究受地震竖向分量的影响。结果表明，在竖向地震作用下，双塔连体结构在

2、竖向存在一定的位移。关键词:竖向地震；双塔连体结构；非线性时程；地震波；中图分类号：TU74文献标识码：A7随着我国建筑技术的不断进步，国内不断涌现新型的建筑结构，给建筑业带来新的生机。其中双塔连体结构，即将两个相互独立的建筑体在上部通过设置连廊将不同建筑物连在一起[1]，形成一个相互连接的共同体的结构形式，具有设计的独特性和外观的新颖性而在我国得到广泛应用。由于近几年来，我国陆地地壳运动频繁，地震多发，地震烈度各有不同，这就要求双塔连体结构的建筑体进行设计时必须要以《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）[2]为指导，具有较强的抗

3、震能力才行。因此，必须首先对双面塔连体结构进行抗震分析。不同地区，根据本地震活动情况，对模拟模型选择不同的地震波输入模拟系统后，计算双塔体连体结构在地震中的位移情况来判断抗震效果，根据分析结果，在实际施工过程中，再对破坏程度较大的结构进行加固，使双塔连体结构的建筑体具有较好的抗震能力。本文仅对竖向地震作用下双塔连体结构进行非线性时程分析。一、双塔连体结构的计算模型某双塔连体结构为高度28.5m的对称性双塔连体结构医院建筑体。双塔连体结构采用NosaCAD软件建立结构的整体分析模型。由于NosaCAD的模型模拟是通过AutoCAD软件建模实现

4、的，因此，模拟建模在AutoCAD中进行。整体结构的计算模型包括建筑体模型和双塔连体结构模型。建筑体由框架模型和剪力墙模型构成；双塔连体结构的计算模型将节点数，总自由度数所构成的所有单元进行模拟，其中杆单元734个，四边形板壳单元1327个，三角形板壳单元为56个。二、双塔连体结构的地震波选择与频谱分析由于医院为重点医院，病患多，一旦发生地震，需要立即进行抢修，尽快恢7图1三种地震波竖向分量加速度谱图2双塔连体结构竖向振型复工作，是乙类场地，因此需要按7度地震烈度的抗震设计标准进行。7度多遇地震和7度偶遇地震作用的加速度最大值分别为15，1

5、50cm/s2。在对这个医院双塔连体结构进行非线性时程分析时，由于埃而森特罗波（ElCentro）波时间间隔为0.02秒，持续时间取54s适合于乙类场地，而且ElCentro波应用较广，它的竖向分量具有较高的频率，考虑到帕萨迪纳(Pasadena)波竖向分量频谱范围较广以及日本阪神(kobe)波竖向分量相对来说较大，这三种波的竖向作用对双塔连体结构的建筑体的影响都不可忽略，因此，选择ElCentro波、Pasadena波和kobe波作为模型的地震波。地震波的最大频率存在一定范围，如果双塔连体结构本身固有的特性频率恰恰符合地震波最大频率的范围

6、，或者说是在地震波最大频率范围之内，可想而知，这种情况下双塔连体结构在地震波竖向分量的作用下就会产生共振，这种共振会对双塔连体结构造成非常大的破坏。图1中曲线表明，ElCentro波竖向分量加速度谱峰值周期分布范围较窄；Pasadena波竖向分量加速度谱峰值周期分布较广；Kobe波竖向分量加速度谱比较平缓，对结构有影响的周期分布较广。对该双塔连体结构进行模态分析可知，其竖直方向自振周期为0.7535s，竖直方向振型如图2所示。该结构的竖向自振周期偏离ElCentro波竖向分量的峰值周期范围，而位于Pasadena波和Kobe波竖向分量峰值周

7、期范围内。三种地震波竖向分量加速度频谱分析表明Pasadena波和Kobe波竖向分量对该连体结构影响较为明显，ElCentro波竖向分量对该连体结构影响较小[3]。三、双塔连体结构的非线性时程分析对双塔连体结构进行地震波模拟输入时，分别按照7度多遇和7度偶遇对模型分别进行地震波的ElCentro波、Pasadena波和kobe波的输入。对地震波竖向分量进行初值校准，当输入地震波时，双塔连体结构的塔楼顶点节点在竖直方向上的位移就是地震波影响而产生的位移值。模型在地震波竖向分量的作用下，模型顶点位移时程达到最大值。当输入7度多遇地震波时，双塔连

8、体结构的塔楼顶点节点在竖直方向的位移值分别为ElCentro波1.31/mm，Pasadena波0.32/mm，Kobe波0.75/mm；当输入7度偶遇地震波时，双塔连体结构的塔