成都某大厦大底盘双塔连体结构抗震设计

四川建筑科学研究

Sichuan Building Science 第33卷　第4期

2007年8月

收稿日期:2007203227

作者简介:隗　萍(1963-),女,湖北枣阳人,硕士,高级工程师,一级注册结构工程师,主要从事各类建筑结构的设计工作。

E -ma il:yp ing@sina .com

成都某大厦大底盘双塔连体结构抗震设计

隗　萍,吴明军,蒋志强,万应刚

(四川省建筑设计院,四川成都　610017)

摘　要:通过对连体结构的工程实例进行在地震作用下反应谱分析和弹性时程分析,探讨连体结构的动力反应特性;用EP DA 弹塑性时程分析软件进行在罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,对该工程的结构抗震性能进行评估,找出连体结构的薄弱部位和受力特性,并针对这些薄弱部位和受力特性提出抗震设计时的加强措施和方法。关键词:连体结构;高层建筑;双塔;时程分析;有限单元法;弹塑性分析

中图分类号:T U 35211+1 文献标识码:A 文章编号:1008-1933(2007)04-0154-05

Se is m i c desi gn of a twi n 2towers t all buildi n g with connecti ve structure i n Chengdu

Y U Ping ,WU M ingjun ,J I A NG Zhiqiang ,WAN Yinggang

(A rchitectural Design I nstitute of Sichiuan,Chengdu 610017,China )

Abstract:To investigate the dyna m ic res ponse,the res ponse s pectru m analysis and elastic ti m e 2hist ory analysis are carried out for a connective structure .By EP DA s oft w are the elastic 2p lastic ti m e 2hist ory analysis are comp leted t o evaluate the structural seis m ic behavi or .The weak areas are f ound and strengthening configurati on for those areas is p resented .

Key words:connective structure;tall building;t w in t owers;ti m e 2hist ory analysis;finite ele ment method;elastic 2p lastic analysis

0　引　言

高层建筑连体结构是指2个塔楼或多个塔楼由设置在一定高度处的连接体(又称连廊)相连而组成的建筑物。在地震作用下,由于连接体的存在使得由原来独立发生振动的塔楼要相互作用、相互影响,在地震作用下的反应远比单塔结构和无连接体的多塔结构受力复杂,会出现较强的耦联震动、扭转加大等现象。按照现行JGJ3-2002《高层建筑混凝

土结构技术规程》

(以下简称《高规》)的定义,连体结构属于“复杂高层建筑结构”,设计时应该采取更严格的抗震措施。

连接体是连体结构中2个塔楼的变形协调部分,在地震作用下,它所承受的不仅有竖向荷载产生的力,而且还有协调2个塔楼振动变形而产生的拉、压、弯、剪力。因此,对连接体的抗震性能分析也是研究连体结构抗震性能的一个重要的部分。

1　工程概况

本工程位于成都繁华商业地段,建筑的下部3层为商城,其上有21层塔楼,为多功能的写字间,塔楼的顶部4层设观光连廊,因此形成了大底盘双塔

的连体建筑结构。工程总建筑面积约30000m 2

,24层,总高度83m 。结构的轴侧如图1所示,标准层平面如图2所示

。

图1　轴侧图

F i g .1　Stereograph

自然条件和设计依据如下:(1)基本风压:0135kN /m 2;

(2)抗震设防烈度:7度,设计基本地震加速度

451

图2　标准层平面

F i g.2　Pl an of the st andard floor

为0110g,设计地震分组为第1组;

(3)建筑抗震设防类别:丙类。

2　结构方案的确定

本工程平面狭长,属于抗震不利平面,从竖向来看,底部3层为大底盘,其上有2栋21层的塔楼,在塔楼的顶部3层设有连接体,因此竖向刚度不均匀,形成竖向刚度二次突变,对抗震非常不利。本工程的难点就在于要在建筑方案已经基本定性的原则下从结构方面来采取措施,满足抗震要求,尽可能减轻地震反应。这些措施包括结构体系的选择、剪力墙的布置、连接体的选型等,下面分别阐述。

211　主体结构的结构方案确定

根据本工程结构的层数、高度和使用功能要求,按照《高规》规定的房屋使用高度和高宽比要求,采用钢筋混凝土框架—剪力墙结构比较适合。框架—剪力墙结构是由框架和剪力墙共同组成的结构体系,它既能为建筑提供较大的使用空间,又有较大的抗水平力刚度,适用于商场、办公、住宅等,是一种抗震性能比较好的高层建筑结构体系。本工程在楼电梯间的周围布置了剪力墙,形成了4个抗侧力刚度较大的筒,2个塔楼的剪力墙布置尽量对称,即使剪力墙的平面位置不对称,剪力墙的数量也尽量相近,使2个塔楼的抗侧力刚度尽可能接近。

212　连接体的结构方案确定

连接体是连体结构中一个重要组成部分,其主要作用是在整个结构中协调2个塔楼的变形。由于各塔楼的刚度及质量不同,结构的振动特性和变形也不同。要协调两塔的变形,连接体必然要受到很大的作用力。而在实际工程中既没有绝对对称的结构,更没有绝对对称的水平力,即使是设计为对称的结构,在施工、材料和使用荷载上也可能不对称,地震作用更是随机的和多向性的。现行《高规》规定,对一般的结构都要考虑结构的偶然偏心。由于非对称的水平力对非对称结构的扭转作用大,使得两塔楼的振动更复杂,在地震作用下的振型更丰富,会出现较强的耦联震动、扭转加大等现象。因此,连接体处于拉、压、弯、剪、扭的复杂受力状态,所以,连接体与塔楼应该有非常可靠的连接。地震灾害表明,连接部位是抗震的薄弱环节,当采用刚性连接时,结构设计和构造都比较好处理,但如果设计得不够可靠,地震时就有可能在连接处破坏甚至使得连接体塌落;采用滑移支座,在理论上是比较好的,可以释放连接体部分的受力,使得连接体的受力简单化,但在实际设计中,要能比较准确地计算出结构在罕遇地震作用下连接处的位移,并设计成可滑动的支座,使得在地震作用下连接体不会脱落,在设计上难度很大,因为在高层建筑中,往往顶层在罕遇地震作用下的位移比较大,而且位移是多向的,要设计大位移量的滑移支座在材料、构造和施工上都比较困难,如果处理不好,地震作用时,就容易滑出支座,从而造成连接体的塌落。基于以上的分析,本工程连接体的支座形式采用了刚性连接。

连接体的结构形式可以用钢筋混凝土,也可用钢结构和钢骨混凝土或这些结构形式的混合体。通常应根据连接体的跨度和主体(塔楼)的结构材料来确定。一般来讲,连接体的材料应该与主体结构相同,以便于连接体支座的设计。当跨度不太大,主体是钢筋混凝土结构时,采用钢筋混凝土的连接体比较经济合理,连接体的支座设计也比较简单;但当连接体的跨度比较大时,无论主体结构的材料采用什么,连接体材料类型都适合采用钢结构的形式。主要原因有以下几点。

(1)钢结构的延性比较好,能适应连接体较大的变形,满足连接体在复杂应力下的变形需要。

(2)采用钢桁架,还可以增大连接体的刚度,提高其抗震能力。

(3)可以减轻连接体的自重,减小结构的地震反应。

(4)施工方便。对大跨度的钢筋混凝土结构要在几十米的高空支模浇筑很困难。如果采用钢结构,则可以在地面进行基本单元的拼装后,再吊装就位。

本工程连接体处的跨度为36m,而且塔楼不对称,地震作用对连接体的影响较大,连接体的受力复杂,因此采用了钢桁架结构。

3　结构计算

本工程在多遇地震下的弹性分析采用中国建筑科学研究院S AT W E程序为主,以该院P MS AP程序为辅进行结构计算(本文P MS AP的计算结果未列出),并采用S AT W E所带的时程分析功能进行多遇

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