高层连体结构的动力计算模型讲解
双塔连体结构的动力特性分析
模 型”“ ，串并联 刚片 系模 型” 以及 “ ， 三维 空 间有限元
模 型” 串并联 质 点 系模 型 ” 将 塔楼 各 个楼层 简 。“ 是
结构 、 双轴对 称连 体 结 构 和单 轴 对称 连 体结 构进行
动力特 性对 比分 析 ， 进一 步 探 讨 连体结 构 自振 特 以
９３
１ 连体 结构 动 力计 算 模 型
连体结构 一般 为高 层 建筑结 构 ， 因此 ， 件数较 构 多， 其节 点 自由度非 常 庞 大 ， 结构 计 算 时 ， 而 起控 制 作用 的往往 是水 平 向 的地 震 作用 或 风 荷 载作 用 ， 根 据这个 特点 ， 有必 要 对 连体 结 构 水 平荷 载作 用下 的
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２０ ０ ７年
第 ２ ８卷
第 ６期
双 塔 连 体 结 构 的 动 力 特 性 分 析
马 姝蕾
（ 深圳 市建 筑设计 研究 总 院第三设计 院 ， 圳 ５ ８ ３ ） 深 １ ０ １
摘 要 ： 该文以双塔 连体结构为例 ，进行动力特性 分析， 比较 单塔结构 、 轴对称双塔 连体结 构和单轴对称双塔 双
随着高层建 筑高 度 的不 断 增高 ， 面 布置 日趋 平 复杂的 同时 ， 高层 建 筑 竖 向立 面 造 型 日趋 新 颖 。 出 现 了很多 双塔结 构 。根 据双 塔连 体 的 刚度 ， 连体 结 构大致可分 为 ２种 ， 种 形 式 为 ２个 建 筑 之 间可 设 一 置一个或 多的连廊 ， 其跨 度可 为几米 和几 十米不 等 ， 第二种在 ２个主体 结构 的顶部若 干层 连接 成整体楼 层 。高层连体 结构 由于 连体 的设 置 ， 得 各塔 楼 之 使 间的振 动互相耦 合 ， 且 连 体 的设 置 使 得整 个 结 构 并 沿竖 向刚度 和质 量分 布不 均匀 ， 因此 ， 连体 结构 的 自 振振 型较单塔 结构 复杂得 多 。
高层连体结构的动力计算模型
• 如果连体楼板平面内 刚度较小（相对于塔 楼），在水平荷载作 用下连体的平面内变 形不可忽略，但连体 与塔楼又是刚性连接， 此时应将连体视为弹 性楼板，应考虑连体 楼板在平面内的变形。 此时可将连体质量分 开集中于相应的塔楼 楼层，并用弹簧代替； 连体连接塔楼。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 如果连体与塔楼连接 刚度较小，则连体变 形将相对集中在两端 的连接处。此时，可 对连体和连体两端的 塔楼层采用分片无限 刚的假定。
• 实际工程中，由于连体结构体型复杂，构 件数量多而成为典型的复杂高层建筑结构。 这类结构的节点自由度一般要有几万甚至 几十万个，在进行动力分析时必须必须采 取简化措施。 • 模型简化的原则是：在满足一定的计算精 度的前提下，获得较快的计算速度，即达 到计算精度和计算速度的平衡。
连接方式
• 强连接方式：当连体结构包含多层楼盖， 且连接体结构刚度足够，能将主体结构连 接为整体协调受力变形。两端刚接、两端 铰接的连体结构属于强连接结构。 • 通常连接体与塔楼的连接处的受力最大， 构造处理相当复杂，必须谨慎处理。连接 体结构可伸至主题内筒内部，与其可靠连 接，无法做到时，也可在主体结构内设置 型钢混凝土与主体结构可靠锚固。
• 由于串并联刚片系模型考虑了楼层的转动 惯量和刚度偏心，其能较全面精确的反应 结构的动力特性，同时由于每个楼层仅考 虑三个自由度，与三维空间动力模型相比， 其自由度大大降低，动力分析的速度大大 加快，可以说连体结构的串并联刚片系模 型在计算精度和计算效率间取得了较好的 平衡。
连体结构在抗震设计中所注意的问题
• 当此结构关于X轴对称 时，其简化模型如图 所示。当结构关于Y轴 对称时，其简化模型 如同模型一，只不过 是计算模型中的质点 仅考虑Y方向的自由度。
结构动力学8
8.4.2 基本分析过程
结构有限元模型的运动方程：
& & [M ]{u&}+ [C ]{u}+ [K ]{u} = {p(t )}
有限元模型的节点系运动方程与前面介绍的框架结构的 运动方程在形式上完全相同，不同之处仅在于单元刚 度矩阵和质量阵的形成上。本节介绍的形成单元刚度 阵和质量阵的方法更具通用性。 前面所介绍的结构动力方程的解法，例如振型叠加法、 Fourier变换方法、时域逐步积分法等均可以用于结构 有限元模型的动力反应问题分析。
i=1
4
ψi的定义是ui发生单位位移, 而其余自由度不动, 即完全约束时, 梁单元的位移(线位移)，因此，ψi(x)满足如下边界条件：
i = 1 : ψ 1 (0) = 1, ψ 1' (0) = ψ 1 ( L) = ψ 1' ( L) = 0
' ' i = 2 : ψ 2 (0) = 1, ψ 2 (0) = ψ 2 ( L) = ψ 2 ( L) = 0 ' ' i = 3 : ψ 3 ( L) = 1, ψ 3 (0) = ψ 3 (0) = ψ 3 ( L) = 0 ' ' i = 4 : ψ 4 ( L) = 1, ψ 4 (0) = ψ 4 (0) = ψ 4 ( L) = 0
8.4.1 有限元离散化
采用有限元法离散时，首先将一根梁分成有限段，称为 有限单元。每一个单元的尺寸可以是任意的，可以完 全相同，也可以完全不相同。这些单元仅仅在单元间 的节点上连续（连接）。 在这个简单的例子中，节点就是单元的端点，在每一个 节点上有两个自由度，横向位移和转角。 在有限元法中节点的位移（包括横向位移和转角）被选 为广义坐标。而运动方程就是用这些有直接物理意义 的量（位移和转角）来形成的。
《高层结构设计》 02高层建筑结构的荷载计算
高层建筑结构的荷载计算高层建筑结构的竖向荷载包括自重等恒载及使用荷载等活载，其计算方法与一般建筑结构类似，在此不再重复。
本章主要介绍在高层建筑结构设计中起主导作用的水平荷载—风荷载和地震荷载作用的计算方法。
第一节 风荷载空气流动形成的风遇到建筑物时，在建筑物表面产生的压力或吸力即建筑物的风荷载。
风荷载的大小主要和近地风的性质、风速、风向有关；和该建筑物所在地的地貌及周围环境有关；同时和建筑物本身的高度、形状以及表面状况有关。
垂直于建筑物表面上的风荷载标准值可按下式计算：0ωµµβωz s z k =式中：k ω为风荷载标准值（kN/m 2）；z β为z 高度处的风振系数；s µ为风荷载体型系数；z µ为风压高度变化系数； 0ω为基本风压（kN/m 2）。
1. 基本风压0ω我国《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001），《全国基本风压分布图》中给出的基本风压值0ω，是用各地区空旷地面上离地10m 高、重现期为30年的10min 平均最大风速0υ（m/s ）计算得到的，基本风压值1600/200υω=（kN/m 2）。
荷载规范给出的0ω值适用于多层建筑；对于一般高层建筑和特别重要的或有特殊要求的高层建筑可按《全国基本风压分布图》中的数值分别乘以1.1和1.2采用。
2. 风压高度变化系数z µ表1 风压高度变化系数风速大小与高度有关，一般近地面处的风速较小，愈向上风速逐渐加大，但风速的变化与地貌及周围环境有关。
在近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，地面空旷，空气流动几乎无阻挡物（A 类粗糙度），风速随高度的增加最快；在中小城镇和大城市的郊区（B 类粗糙度），风速随高度的增加减慢；在有密集建筑物的大城市市区（C 类粗糙度），和有密集建筑群，且房屋较高的城市市区（D 类粗糙度），风的流动受到阻挡，风速减小，因此风速随高度增加更缓慢一些。
表1列出了各种情况下的风压高度变化系数。
某双塔连体高层建筑结构弹塑性动力分析
ＭＩ ＤＡＳ ／ Ｂｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｒ ｅ ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ｑ ｕ ａ ｋ ｅ ｌ ｏ ａ ｄ ．Ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｐ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｚ ｏ ｎ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｗｅ ｒ ｅ
现 剪 切 型 损 伤 。整 个 结构 构件 塑性 铰 出现 顺 序 和 分 布 较 为 合 理 ， 满足 “ 大震 不 倒 ” 的设 防要 求 。 关键词 ： 双 塔 连 体 结 构 ；弹 塑 性 动 力 分 析 ；高层 建 筑 ；超 限 ； 抗 震性 能
ＤｏＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ７ － ９ ９ ６ ３ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ７ ． ０ ０ ８
王 伟 ： 某 双 塔 连 体 高层 建 筑 结 构 弹 塑 性 动 力 分 析
某双塔连体高层 建筑结构弹塑性动 力分析
王 伟 （ １ ．中 国建 筑科 学 研 究 院 上 海 分 院 ， 上 海 ２ ０ ０ ０ ２ ３ ； ２ ．上 海 建 科 结 构 新 ２ ３ ）
ＥＬＡＳ ＴＩ Ｃ— ＰＬＡＳ ＴＩ Ｃ ＤＹ ＮＡＭ Ｉ Ｃ ＡＮＡＬＹＳ Ｉ Ｓ ＯＦ ＴＨ Ｅ ＤＯＵＢＬＥ— ＴｏＷ ＥＲ Ｃｏ ＮＮＥＣＴＥＤ ＳＴＲＵＣＴＵ ＲＥ ＦｏＲ ＴＡＬＬ ＢＵＩ ＬＤ Ｉ ＮＧ
Ｗ ａｎｇ Ｗ ｅｉ ’
（ １ ． Ｓ ｈａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｂｒ ａ ｎｃ ｈ ｏ ｆ Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ｏ ｆ Ｂｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ， Ｓｈ ａ ｎｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ２ ３，Ｃｈｉ ｎ ａ； ２ ．Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ａｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇｙ ｏ ｆ Ｂｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｃｏ ｎｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃｏ ． Ｌｔ ｄ， Ｓｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ２ ３，Ｃｈｉ ｎ ａ ）
高层建筑混凝土连体结构设计的分析
过伸缩缝相连 ；Ａ、Ｂ塔 楼为 １ ８层 ，两 栋 塔楼 顶 部两 层 （ 三层 楼
板 ）相连 ，总高度 ６ ． ｍ，Ａ、Ｂ塔 楼 与两 层裙 房间 通过钢 结构 连 ４４ 廊相连 ，连廊与塔楼间设置伸缩缝 。由于建筑 功能 的要求 ，本工 程 Ａ 、Ｂ塔楼采用框架 一 力墙连 体结 构 ，底 部局部 大空 间转 换剪 力 剪 墙结构 ，转换 层在第 ３层顶 面。 由于 同时采用 了两种 复杂结构 ，且 结构体 形较复杂 ， 本工程按超限高层 结构进行 了送 审。该地 区地 故
８～２
２ 结构整体设计及计算 结果
２ １ 结构计 算单元的确定 ． 由于本工程 主体 分为 Ａ 、Ｂ 、ｃ三栋 高 层塔楼及一栋两层 的裙楼 ，所有塔 楼之间 由地下室 顶板相连 ，考虑 地下室墙体较多 ，地下 室顶 板 （ ５ ３０ ｍ） 厚度 较 厚 ，整体 刚 ２ ０～ ０ ｒ ａ 度较大 ，故将上部结构 的计算嵌 固点 设在 ± ．０ ０ ０ ０处 ，计算 单元 分 成三个部分 ，即 Ｃ栋和两层 的裙楼 各为一个计算单元 ，Ａ楼 和 Ｂ楼
措施 ：
（ ）框支 柱 、框支梁 、剪力墙底 部加强部 位的抗震 等级提 高一 １
４ ５ 灯笼广场具有 中华 民俗特 色 的灯 笼 ，烘托 出喜 庆气 氛 ，是 市 ．
民欢庆节 日的首选场所。 ４ ６ 赣文 化民俗景观区 ，江西 各大名胜古 迹 的微缩 景观尽收眼底 ， ．
大量的安放在道路交 汇处及 人 口。
７ 户 外 家具 概 念
根据户外家具 、公用设施 、 具系统 的实用性 与舒适性 ， 达 灯 为 到风格 的统一性 ，本设计是特 别针 对红谷滩新 区临 江岸线景观作 出 的系列 性设计。突出设 汁的设 施包括座 椅 、废 品箱 、庭院灯 、 坪 草
谈论多塔楼的连体结构设计分析
谈论多塔楼的连体结构设计分析近年来，随着人们对新颖的结构形式要求及高层建筑的发展，出现了大量复杂的高层建筑包括高空连体结构，该类结构体系的特点较为复杂，同时塔楼之间由于连体而形成较强的空间耦联作用，其施工比一般高层建筑结构复杂得多。
一工程概况某工程属于超限结构，包含高位大悬挑钢结构、空中连廊等复杂施工部位。
连廊本身由箱型桁架组成，箱型桁架系统的四个面全由大宽度及深度的桁架组成，以提高抗弯及抗扭能力；悬挑部分结构采用钢结构。
在塔楼内除设置核心筒外，还设置了十字型剪力墙，以提高塔楼整体的刚度和抗倾覆能力。
二连体结构设计⑴计算分析。
①应采用至少两个不同力学模型的三维空间软件进行整体内力位移计算；连体结构因体型特殊，连体部位受力复杂，宜采用有限元模型进行整体建模分析，对连接体部位应采用弹性楼盖进行计算。
②）抗震计算时，应考虑平扭耦联计算结构的扭转效应，振型数不应小于15，多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数9倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。
③应采用弹性时程分析法进行补充计算。
④宜采用弹塑性静力或动力分析方法验算薄弱层弹塑性变形。
⑵结构选型。
高层建筑连体结构各独立部分宜有相同或相近的体型平面和刚度，7度、8度抗震设计时，对于层数和刚度相差较大的建筑，不宜简单采用强连接方式，应根据弹塑性静力或动力分析结果，使结构在罕遇地震下能满足“大震不倒”的抗震要求。
三高层结构体系设计方法⑴高层多塔楼、高位悬挑及连体结构形式独特，我国目前还没有制定出相应的设计规范或规程，因此课题组结合具体工程情况，在理论分析和概念设计的基础上，注重结构体系、设计关键技术以及构造方法的研究，初步探讨了高层多塔楼、高位悬挑及连体结构的设计方法。
⑵某工程为结构特别不规则的超出规范适用范围的高层建筑群，由于建筑体型和功能要求，其复杂体形的大底盘多塔、结构竖向高位收进、高位悬挑、复杂大跨连体、竖向构件不连续等设计对抗震不利。
经过大量研究，通过对结构进行多遇及罕遇地震作用下的全过程非线性时程分析，提出性能设计的方法，解决了复杂工程抗震设计的关键技术。
带有双塔楼高层建筑结构动力特性分析
带有双塔楼高层建筑结构动力特性分析摘要：随着社会经济的不断发展，人类科技水平发展的进步，以及人们生活水平的提高和文化素养的提升，对建筑的外观和性能要求也越来越高。
自上世纪八十年代起，我国便出现了多种多样的塔楼高层建筑，随着时代的不断进步，双塔楼高层建筑在生活中得到了普遍的应用。
但是由于双塔楼之间的连接体的设置或多或少的会使得双塔楼高层建筑整体会出现建筑竖向刚度和质量分布不均的现象，加上双塔楼结构的复杂，经常会出现各种问题，本文就带有双塔楼的高层建筑结构的动力特性进行深入的分析和研究，并通过对带有双塔楼高层建筑有影响动力性能的因素进行定量分析，明确相关的概念并加深理解，从而提供一些可供参考的意见和措施。
关键词：双塔楼高层建筑；建筑物整体；结构；动力；特性一、双塔楼高层建筑结构动力特性分析的重要性众所周知，双塔楼高层建筑结构主要是指两个高层塔楼式建筑相连的结构形式。
由于两个高层塔楼之间有密不可分的联系，使得双塔楼高层建筑结构存在着动力相关性，每个塔楼之间都存在着单独的形变，这种形变主要是因为塔楼建筑底盘的连接关系和底盘所受力特性控制的原因，两个相互连接和构成的塔楼并没有直接的影响关系。
双塔楼高层建筑科学合理的设计在地震及大的外力作用发生时，其振幅应该是同步和同向的，如果二者不相对称，在外力的作用下就会出现振幅不同步的情况，不对称程度越大，双塔楼高层建筑整体的震动也就相应增大，因此，对双塔楼高层建筑结构动力特性进行分析主要是因为两个塔楼之间的高度和刚度及外在负荷力的影响下对建筑物底盘造成形变，防止不合理的规划设计造成双塔楼高层建筑的侧移和变形。
不仅如此，双塔楼高层建筑和单体的高层建筑相比，需要特别注意其结构的性能会随着外力和负荷力的变化而发生不同的变化，同理，在对双塔楼高层建筑结构动力的特性分析计算时要注意建筑结构所受负荷力的作用力大小和方向。
比如在分析对称轴双塔结构的动力特性时，结构受大的外力作用或地震力的影响只会沿无偏心的方向发生微小的侧移，不会发生建筑结构整体扭转的情况，而双塔楼高层建筑受到大的外力影响和负荷力作用时，除了发生侧移的现象，还会出现不同的结构形变现象。
高层结构计算思维导图
不宜大于1.2 不应大于1.5
B级高度高层建筑、超过A级高度的 混合结构、复杂高层建筑不应大于1.4
层间位移角：最大层间位移与层高之比
是对整体平动刚度的控制
3.7.3
不考虑双向偏心
框架1/550
弹性计算 框剪1/800
控制参数
其它1/1000 框架1/50
弹塑性计算 框剪1/100
其它1/120
刚重比：结构刚度与重力荷载之比 控制结构整体稳定性
梁刚度增大系数 一般情况：中梁2，边梁1.5
梁扭矩折减系数
0.4 若考虑板的弹性变形，梁的扭矩不应折减
1/550 钢筋混凝土框架
弹性层间 位移限值
1/800
钢筋混凝土
框架抗震墙 板柱抗震墙 框架核心筒
1/1000
钢筋混凝土
抗震墙 筒中筒 框支层
1/250 多、高层钢结构
高层结构计算流程.mmap - 2014/11/14 - ap
目标 几何及荷载模型
建模
控制 条件
1. 符合结构传力关系 2. 符结构边界条件 3. 复核釆用程序的假定条件
目标 确定整体参数
建模 计算条件
1. 地震方位角 2. 单向地震+平扭耦联 3. 考虑偶然偏心（高层） 4. 强制全楼刚性楼板 5. 按总刚度分析
抗规3.4.1条正文 多层 抗规3.4.3条文解释
结论：控制在不大于0.9以内 体育场、空旷结构和特殊的的工业建筑一般不需控制
层位移比：在考虑偶然偏心的规定地震水平力作用下 楼层竖向构件最大水平位移和层间位移，与该楼层平均值之比 （高规3.4.5条）
是对层扭转刚度的控制 规则性判定控制条件
A级高度高层建筑
双向地震+不考虑偶然偏心 单向地震+考虑偶然偏心
《结构动力计算》PPT课件
Psint
1 k
1 EI
1 2
l 2
l 4
2 3
l 4
2
l3 48EI
2
k m
1
m
1
m
48EIg Ql3
EI
0.5l
0.5l
1
48
2.11011 7.48 105 9.8 35 103 43
57.43 / s
2.
荷载频率：
2n
60
2
500 60
52.36 / s
EI
0.25l MM1
3.
动力系数：
其中,
c 2m
为阻尼比, c为阻尼系数。
22
阻尼比ξ是结构阻尼的重要参数 。
§10.4 阻尼对振动的影响
1. 阻尼对体系自振频率的影响
考虑阻尼时体系的自振频率
r 1 2
＜1为小阻尼，体系具有振动的性质；自振频率减小
＞1（大阻尼）和=1（临界阻尼）时，体系不具有
振动的性。
通常ξ很小，一般结构可取 r≈ 。
的自振周期。EI1=3.528107Nm2.
I=∞
l=6m
• 结构的刚度系数即使柱顶发生单
位位移时，在柱顶需施加的力。 EI1
EI1
考虑梁AB的平衡可得：
k
24EI1
3
l
1
1
结构的自振频率和周期：
k m
2
24EI1g Wl 3
EI1
T
2
2
Wl 3 24EI1g
T 2
24
20 103 63 3.528 107 9.8
4. 最大动位移（振幅）： yd max P 5.03mm
矩形高层建筑横风向动力风荷载解析模型
矩形高层建筑横风向动力风荷载解析模型矩形高层建筑在面对横风时，必须考虑动力风荷载的作用。
为了更好地解析矩形高层建筑横风向动力风荷载，我们可以采用如下模型： 1. 建立风场模型：根据实际情况，建立适当的风场模型，考虑
到横风的影响，可以采用平面上的二维风场模型。
2. 采用CFD方法进行数值模拟：利用计算流体力学方法，对建
筑物所在的风场进行数值模拟，得到建筑物所受的动力风荷载。
3. 建立建筑物模型：根据实际情况，建立建筑物的三维数字模型，包括建筑物的外形、材料属性和结构形式等。
4. 建立动力风荷载计算模型：根据建筑物所受的风荷载和建筑
物模型，建立动力风荷载计算模型，计算建筑物在横风作用下的风荷载大小和分布情况。
5. 进行模型验证和优化：通过实验或理论分析，验证所建立的
模型的正确性，并进行优化，以提高模型的准确性和适用性。
通过上述模型，可以更为准确地分析矩形高层建筑在横风作用下的动力风荷载，为建筑结构设计提供科学依据。
- 1 -。
某强连接连体高层建筑设计简介
Ｘ向 ｙ向 扭转 扭转／ 平动 平动 结构总 有效质 比例 平动周 量系数 比例 比例 质量 ％ ％ ％ 期比 ％
Ｏ １０ ０ Ｏ ９ Ｏ ６ ８
３ 结构 布置和超 限情 况说 明
１ 本工程地 下 １ ， ） 层 地上 ２ 层 ， ６ 高度 ９ ．５Ｉ， ９ ８ １层高 ３ ８ １ Ｉ ．５Ｉ。 Ｉ
Ｆ ９
构的动力特性有其 自身的特点 ， 地震作用 下的反应与一般单塔结 构有较大差别 ， 有必要进行进一 步探讨 。文中以某强连接高层连
体结构为例进行动力分析。
Ｔ ＩＧ ６ Ｈ Ｔ ０ ５天然波 Ｔ ２Ｇ ６ Ｈ Ｔ ０ ５天然波
Ｒ
２０ ．
２ ０ ６
１４ １ １ １２７ ７ １０ ／ ２ ／ ０ ２
１ 架空的连廊 ， ） 两个建筑 之间可设置一 个或多个 连廊 ， 其跨
Ｘ 向 １ １７ ７ Ｆ ６ １９９ ９ １ １５ ５ Ｆ ６ １９３ ３ ／ ８ １ ／ ９ ／ ７ １ ／ ３ 最大层 间位移 ｙ向 ／ ｏ ８ Ｆ １ １ １ ７ １ １ ｏ ２ ／ ５
表 ３ 时程分析计算结果
时程分析输入地震波 最大层闻位移 最大／ 平均位移 比 剪 重比／ ％ ｘ向 ｙ向 Ｘ 向 ｙ向 Ｘ向 ｙ向
１ ３６ ６ １ １８ ０ １ ０ ／ ３ ／ ２ １ Ｆ８ １ Ｆ ２ ２ Ｆ ３ １ ０ ．８ Ｆ ３ １ ０ ．８
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第３ ３卷 第 ３ ５期
・
９ ・ ２
２ ７年 １ ０ ０ ２月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ Ｃ ＴＥＩＴＵＲＥ
Ｖ０ ． ３ Ｎｏ． ５ １３ ３ Ｄｅ ｃ． ２ ０ ０７
大跨高层连接体建筑结构动力分析_刘晶波
图7 $%&’ 7
结构平面、 立面示意图 8.)3+.3)*4 94*0 *05 -4-:*.%/0
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周期 ; 6 >’ ?>?! >’ @A@< >’ @77> >’ ==?! >’ !<?> 振型 " @ ? A 7> 周期 ; 6 >’ !#A7 >’ !>>? >’ <""! >’ #@7! >’ #=>"
-./0 !
+ 阶振型 $ 竖向振动 %
#, 阶振型 $ 连接体扭动 %
图( -./0 (
! 向地震作用下结构变形示意图 $ 侧视图 % C34<5=;7.<8 <4 675?@7?53 ?8>35 3;572D?;E3 .8 !F>.53@7.<8 $ 6.>3 9.3G %
图# $%&’ #
结构牛腿示意图
振型 7 # < ! =
()*+,-. /0 .1- 23%45%0& 6.)3+.3)-
67 6
计算模型 采用有限元方法对结构进行离散化处理，模型由
连接体和其连通的主体结构组成。计算模型的基底取 在水平地面。结构的梁柱采用梁单元模拟；楼板和剪 !"
!
6* 7
# 阶振型 $ ! 向平动 %
) 阶振型 $ 连接体 ! 向平动 %
高楼建筑动力线性分析
高楼建筑动力线性分析一、引言在现代城市建设中，高楼建筑成为标志性的地标和重要的人工结构。
高楼建筑通常承受着复杂多变的环境力学荷载，因此进行动力线性分析显得尤为重要。
本文将介绍高楼建筑动力线性分析的原理、方法和应用。
二、动力线性分析的原理1. 动力线性分析的基本概念动力线性分析是指通过考虑结构动力学性能，利用线性动力学原理对高楼建筑进行分析，从而得到结构的动力反应、刚度和质量等参数。
2. 动力线性分析的步骤动力线性分析通常包括以下步骤：a. 收集建筑结构的相关参数，如几何形状、材料性能和质量等；b. 建立结构的运动方程，考虑动力学响应；c. 选择适当的边界条件和外部荷载；d. 解算运动方程，得到结构的动力响应。
三、动力线性分析的方法1. 频域分析法频域分析法是一种常用的动力线性分析方法。
该方法将结构的动力响应表示为频率和幅值的函数，可以通过傅里叶变换将时域问题转化为频域问题进行求解。
2. 时域分析法时域分析法是另一种常见的动力线性分析方法。
该方法关注结构的动力响应随时间的变化规律，通过数值解算差分方程或微分方程，求解结构的运动方程。
四、动力线性分析的应用1. 抗震设计动力线性分析在高楼建筑的抗震设计中起到了重要作用。
通过分析结构的动态特性，可以评估结构的抗震性能，对结构进行合理的优化和改进。
2. 结构健康监测高楼建筑一旦存在结构健康问题，可能会带来严重的安全隐患。
动力线性分析可以通过对结构动力响应的监测和分析，判断结构是否存在异常，并及时进行维护和修复。
3. 振动控制高楼建筑在运行过程中会受到人工力、风力等外界荷载的激励，可能产生过大的振动。
动力线性分析可以帮助设计人员评估结构的振动响应，从而采取相应的防振措施，保证结构的稳定性和安全性。
五、结论高楼建筑动力线性分析是一项重要的工程技术手段，可以帮助设计人员评估结构的动力性能、提高结构的抗震性能、进行健康监测和振动控制。
通过合理的动力线性分析，可以确保高楼建筑的安全运行，为城市的可持续发展做出贡献。
连接体变化对非对称连体结构动力响应分析
连接体变化对非对称连体结构的动力响应分析摘要：本文结合算例，对连接体变化时非对称连体结构的动力特性进行了分析。
分别考虑连接方式和连接体位置变化时对结构的动力特性的影响。
结果表明：连接方式中柔性连接优于刚性连接；连接体位置过低时结构变化复杂，对结构很不利。
关键词：连体结构连接方式连接体位置动力特性1.引言为了满足建筑艺术和城市规划对高层建筑体型的新要求，在建筑物的立面上开大洞、几座建筑物用若干楼层连为一个整体又或者两个或多个高层建筑由设置在一定高度处的架空连接体相连而组成，构成了连体建筑。
本文通过对连接方式和连接体位置变化情况对高层连体结构动力响应分析，以供相关实际工程应用或研究参考。
2. 计算模型【模型】非对称双塔结构，结构形式为框架-剪力墙结构，左塔25层，右塔18层，层高均为3.0m，板厚100mm,混凝土等级为c40,连体部分材料选取q335级钢，结构各个构件代号及截面尺寸见表2.1，结构平面和立面整体图分别见图2.1（a）和2.1（b）。
两塔楼间有6m高连接体，跨度21.6米。
表2.1构件尺寸（单位：mm）构件截面尺寸构件截面尺寸框架柱（kz）800×800 桁架柱（hkz）h500×300×12×20框架梁（kl）400×600 桁架梁（hkl）h400×300×10×16剪力墙（wall） 300 桁架斜腹杆（hjx）□200×200×20图2.1（a）算例结构平面图图2.1（b）算例结构立面图3. 连接体变化时非对称结构的动力特性3.1连接方式变化对结构振动形态的影响当连接方式采用支座连接时，橡胶支座搁置在连接体底部柱牛腿上。
【算例1】连接体两端与塔楼刚性连接，简称“两端刚接”；【算例2】连接体两端与塔楼两端铰接，简称“两端铰接”；【算例3】连接体一端与塔楼铰接，一端与塔楼用橡胶支座连接，简称“一端铰接一端刚接”；【算例4】连接体两端与塔楼铰接，简称“两端铰接”。
结构动力计算讲解
28
W mg
k 1
ys
W
W k
ω
k m
kg W
g
W
g
ys
1
m
由此看到频率只取决于体系的质量和刚度，而与外 界因素无关，是体系本身固有的属性，所以又称为
固有频率（natural frenquency）。
29
自振周期计算公式的几种形式
T 2 2 m 2 m 2 W 2 D st
k
g
g
圆频率计算 公式的几种形式：
l
11
几点注意
1）对于具有集中质量的体系，其自由度数并不一定等于集 中质量数，可能比它多，也可能比它少。
一个质点两 个自由度
两个质点一 个自由度
2）体系的自由度与其超静定次数无关。 3）体系的自由度决定了结构动力计算的精度。 4）在几何构造分析中所说的自由度是刚体系的运动自 由度，动力计算中讨论的自由度是变形体系中质量的运动自由度。
自由度数和质量点个数
有关，但没有确定关系
12
§10-2 单自由度体系的自由振动
单自由度体系动力分析 的重要性
①具有实际应用价值，或进行初步的估算。 ②多自由度体系动力分析的基础。
y(t) m
自由振动(free vibration) ：
k 振动过程中没有干扰力作用，振 动是由初始位移或初始速度或两者共同 影响下所引起的。
A
B
k12y2
k22y2
FP(t)
B
FE1(t) FE2(t)
20
其中 FIi mi yi
2
(i 1,2)
FSi kij y j
j1
m1 y1 k11 y1 k12 y2 FE1(t )
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连接方式
• 强连接方式：当连体结构包含多层楼盖， 且连接体结构刚度足够，能将主体结构连 接为整体协调受力变形。两端刚接、两端 铰接的连体结构属于强连接结构。 • 通常连接体与塔楼的连接处的受力最大， 构造处理相当复杂，必须谨慎处理。连接 体结构可伸至主题内筒内部，与其可靠连 接，无法做到时，也可在主体结构内设置 型钢混凝土与主体结构可靠锚固。
• 连体结构总体为一开口薄壁构件，扭转性 能较差，扭转振型丰富，当第一扭转频率 与场地卓越周期接近时，容易引起较大的 扭转反应，易使结构发生脆性破坏。 • 连体结构各独立部分宜有相同或相近的体 型、平面布置和刚度，宜采用双轴对称的 平面形式。7度和8度抗震设计时，层数和 刚度相差悬殊的建筑不应采用连体结构。
• 4、与连接体相连的框架柱在连接体高 度范围及其上、下层，箍筋应全柱段加 密配置，轴压比限值应按其他楼层框架 柱的数值减少0.05采用。 • 5、与连接体相连的剪力墙在连接体高 度范围及其上下层，应设置约束边缘构 件。
强连接方式
• 弱连接方式：如果连接体结构较弱时，无 法协调连体两侧结构共同工作，此时可称 为弱连接结构，即连体一端与结构铰接， 另一端滑动支座，或两端都做成滑动支座， 此时应重点考虑滑动支座的做法、限复位 装置的构造，并提供滑动支座的预计滑移 量。
弱连接方式
串并联质点系模型
• 对于双轴对称的连体结构，由于结构每个楼层 的质心与刚心是重合的，因此无论在单向还是 在双向地震力作用下，只能激起结构水平振动， 且两方向的振动相互独立，互不藕联。当楼盖 采用无限刚假定时（楼盖平面内刚度无限大， 平面外刚度为零），则连体结构的每个楼盖只 有两个侧移未知量，因而对于双轴对称的连体 结构，无论在单向还是双向地震作用下，结构 的振动模型均可采用“串并联质点系模型”。
Байду номын сангаас
• 模型二 • 当需要计算连体的内力时，则可 采取这种模型。再此模型中，连 体的质量分别集中到两侧的塌楼 上，中间的连体可以简化为一无 质量的水平放置的弹簧与两侧的 塔楼相连，弹簧具有水平、弯曲 和扭转刚度。
• 模型三 • 当双轴对称连体结构 中的连体与两塔楼采 用弹性连接时，可采 用这种模型。该模型 中，连体质量集中成 一个质点，两端通过 弹簧与塔楼连接。
• 采用该模型时，由于每个楼层只有三个 自由度，整个结构总的自由度数是3n,此 时的振动方程式3n阶的，刚度矩阵式 3n*3n的矩阵。一般来说，结构越不对称， 地震作用下的扭转现象越严重。
• 如果连体楼板的平面 内刚度接近或大于塔 楼相应楼板的平面内 刚度，并且塔楼和连 体之间采用刚性连接， 则可以认为连体与所 在层的塔楼协同工作， 简化为一个刚片。
• 带阻尼器的橡胶垫支座 • （弱连接）
• 位装滚珠限置 • （弱连接）
限位装置
2、连接体结构应加强构造措施，连接体结构的 边缘边缘截面宜加大，楼板厚度不宜小于 150mm,宜采用双层双向钢筋网，每层每方向 钢筋网的配筋率不宜小于0.25%。连接体结 构可设置钢梁、钢桁架和型钢混凝土梁，型 钢应深入主题结构并加强锚固。当连接体结 构包含多个楼层时，应特别加强其最下面一 层和最上面一层的设计和构造。 • 3、抗震设计时，连接体及与连接体相连的结 构构件的抗震等级应提高一级采用，一级提 高至特一级，若原结构为特一级，则可不再 提高。
• 当此结构关于X轴对称 时，其简化模型如图 所示。当结构关于Y轴 对称时，其简化模型 如同模型一，只不过 是计算模型中的质点 仅考虑Y方向的自由度。
串并联刚片系层模型
• 串并联质点系动力模型只适用于对称连 体结构在对称轴方向上的水平地震作用 的情况。不对称连体结构在双向地震作 用下和单轴对称连体结构在非对称轴方 向的地震作用下都不同程度的存在平扭 藕联。对该类结构进行分析时，不可忽 略位移的扭转分量。这种情况下，应采 用串并联刚片系层模型。
• 架空的连体对竖向地震的反应比较敏感， 尤其是自重较大、跨度较大的连体对竖 向地震的影响更为明显。因此，7度 0.15g和8度抗震设计时，连体结构的连 体部分应考虑竖向地震的影响。6度和7 度0.1g抗震设计时，宜考虑竖向地震的 影响。
连接构造
为了使连体结构与主题结构牢固连接，避免地震中塌落，连 体结构与主题结构的连接应满足以下要求： 1、连接体结构与主体结 构宜采用刚性连接，必 要时连接体结构可延伸 至主题部分的内同，并 与内筒可靠连接。当采 用滑动连接时，支座滑 移量应满足两个方向在 罕遇地震作用下的位移 要求，并应采取防坠落， 撞击措施。 • 钢骨柱与箱形钢梁刚接连 接节点（强连接）
• 该模型采用如下假定：
• 1、楼板平面内刚度无穷大（或分块无限刚），平面外刚 度为零。 • 2、楼板上下一般层高的构件质量集中到楼板处，形成具 有一定尺寸的刚片，以反映楼层的转动惯量。 • 3、所有的构件（梁、柱及剪力墙等）均不考虑自身的抗 扭作用。 • 4、将竖向构件集中为一根竖向杆件，连接相邻刚片的质 心，由于各楼层的质心并不位于同一竖轴上，所以串联刚 片系层模型往往带有弯折竖杆。 • 5、忽略竖向构件轴向变形的影响，只考虑各个刚片绕Z轴 的转动和沿X、Y轴方向的平动。
双轴对称连体结构的“串并联质点系”振动 模型
• 模型一 • 上部的各塔楼以及连接体处每个楼 层都简化为一个质点，楼板上下各 二分之一层高的构件质量集中在质 点上。每个质点有两个自由度，整 个结构的自由度为2n，动力方程中 的刚度矩阵为2n*2n阶。当在结构的 两个主轴方向上分别计算水平地震 作用时，每个质点只有一个位移分 量，体系自由度仅为n。 • 其缺点是，在水平地震作用下，连 体的内力无法计算。
单轴对称的连体结构
• 对于单轴对称体系，当地震作用沿对称轴方向时， 由于惯性力即穿过质心，又穿过刚心，则结构只 会沿此方向水平振动。而在另一方向有地震力作 用时，结构会发生平扭藕联振动。但这两个方向 的振动相互独立，互不影响。所以在计算沿对称 轴方向上的地震反应时，也可采用串并联质点系 模型。当对称轴方向不同，简化的计算模型也不 同。
• 如果连体楼板平面内 刚度较小（相对于塔 楼），在水平荷载作 用下连体的平面内变 形不可忽略，但连体 与塔楼又是刚性连接， 此时应将连体视为弹 性楼板，应考虑连体 楼板在平面内的变形。 此时可将连体质量分 开集中于相应的塔楼 楼层，并用弹簧代替； 连体连接塔楼。
• 如果连体与塔楼连接 刚度较小，则连体变 形将相对集中在两端 的连接处。此时，可 对连体和连体两端的 塔楼层采用分片无限 刚的假定。
• 由于串并联刚片系模型考虑了楼层的转动 惯量和刚度偏心，其能较全面精确的反应 结构的动力特性，同时由于每个楼层仅考 虑三个自由度，与三维空间动力模型相比， 其自由度大大降低，动力分析的速度大大 加快，可以说连体结构的串并联刚片系模 型在计算精度和计算效率间取得了较好的 平衡。
连体结构在抗震设计中所注意的问题