高层连体结构的动力特性分析

杨玉华

[摘要]近年来，随着我国社会经济的不断发展，建筑技术也在不断提升与改进，特别是针对高层建筑而言，其建筑工艺呈现出多元化，这也是根据社会及公众的需求而产生的相应变化。高层连体结构是当前建筑的一种特殊结构形式，与传统的建筑结构相比，连体结构的建筑工艺以及原理也存在一定的差异，包括在建设、使用功能等多个方面。连体结构的建筑形式在我国有着广泛的应用。

[关键词]高层；连体结构；动力特性

文章编号：2095-4085（2016）07-0052-02

连体结构的建筑和传统的建筑结构相比，有着独特的优势，例如功能多样化、占地面积较少等，其也是目前的一种新型建筑工艺手段。而且在这类结构中，连廊与塔楼始终保持连接状态，这也单纯保证了塔楼的受力，导致整体连廊的受力呈现出多样性。另外，塔楼也会受到连廊的联动影响，即彼此产生耦合现象，因此，相对于一般单塔楼而言，受力存在较大差异。而笔者将通过本文的阐述，对高层连体结构的动力特性方面展开具体的分析与探讨。

1连体结构探究

一般连体结构的相关模型可以包含四类，即联系质点类；联系刚片类；分段持续类；三维空间类。而不同的模型也会匹配不同的塔楼构造。

即如平面十分规整、对称的结构，在进行探讨过程中，则会参考联系质点类模型。而且在探讨过程中，仅需针对正交水平角度的自由性展开分析即可，不必再考虑结构是否能够完全自由转动。而且在该类模型下，各层质量都会聚集在一点，因而若要研究各层的位移情况，仅需要参考X和Y为平动变量即可。

而联系刚片类模型则在高层建筑的平扭耦联振动中比较多见，其原理是将建筑各层以钢片进行划分，而且各层的质量也是基于钢片的作用，最后构建成联系刚片类模型。而且模型本身的所有钢片都具有三个自由向，即水平位移横向坐标X与纵向坐标Y，另外还包含转动的移动角度θ，这类模型的运用方向可以包含于对称连体构造以及单轴对称连体构造之中[1]。

当然，也曾有相关调查研究指出，基于解析方法，通过分段持续类的模型可以把塔楼当成直立的悬臂梁，然后把连廊当成水平的梁体，同时对其曲折、切割、轴向形变等多种变化进行探析。不过这类分析研究一般不将楼板刚度列为研究条件，进而最大程度减少运算的难度，但其运算精准度却存在不足，特别是与有限元的方法进行比对。

最后，针对三维空间类的研究，可以排除刚性楼板的假设展开研究，而且研究仅需要按照三维空间模型，即针对高层空间展开细致研究即可。而且该类研究方法一般是经由模型侧面体现出建筑内部每个结构的自由度，而且需要采用多步繁琐的运算方式，即便如此，相对其他方法而言，这类方面误差也是最小的。

2多塔楼结构的水平地震解析

采用联系刚片类模型，就可以完整分析出高层建筑的动力特性，特别是呈现对称的地盘双塔结构体。通过分析可以得出，在地震的影响下，这类建筑构成或许会产生五类不尽相同的震动方式。反对称振型的水平地震参与系数为0 ， 不会导致建筑位移或者内部产生力。此外，在利用串联质点模型对对称和不对称两种方法进行分析时，对称结构的建筑分析结果和之前的方法是相同的，但是在不对称的双塔结构中，得出塔楼和裙房转换处是建筑的薄弱层，而且在设置连体后，塔楼和楼层的连接处刚度会产生变化。当连体处的刚度较大时，会产生比较明显的突变，在受力分析方面比较繁琐。

在双塔连体结构上，连廊的刚度和塔楼刚度相比较小，在分析的过程中，要考虑到连廊可能出现的弹性变形。通过质点串联模型，可以根据弹性楼板对和塔楼相连接的连廊进行分析，考虑单塔楼大底盘结构的底盘刚度、高度、承载力等因素在地震作用下出现的变化。

连体结构在振型分析方面比较复杂，高阶振型会出现较大的影响。因此，在对地震的影响进行分析时，要考虑到振型的数量。在地震作用下，不同结构的各阶模态反应也各不相同，在模拟参与因子研究基础上的模态分析方法，可以对结构中的动力特性等方面进行分析[2]。

3连体结构竖向地震分析

通过震害分析得出，连廊在竖向地震的作用下，可能会遭到一定程度的损坏。另一方面，在竖向地震作用的分析中融入连体结构的计算，并把多条地震波弹性时程计算结果的平均值进行分析比较。最后得出，随着桁架与塔楼频率比的增加，连体震动所引发的放大效果就会表现的比较明显；而当连体和塔楼之间的质量比较小时，同时两者的频率比较近，所引发的反应会更加明显。

4弹塑性时程分析和地震波入射方向对结构的影响

一般连体结构的平面都呈现不规则分布，由于结构质量、刚度以及强度中心存在互相偏离的情况，导致建筑结构在地震的作用下会出现扭转耦联的情况，在抗震性方面表现较差。

在对双向地震和单向地震的研究中，有研究人员对单层结构抗侧力构建、质量、刚度、强度分布等进行了适当的调整，结果得出，有些制度规范中的条文可能并不正确，低估了这些不规则平面在地震作用下的反映。其主要是因为，这些研究中所采用的地震波，仅仅是根据结构的主轴方向相互正交的水平地震波。在对水平任意向地震输入对连体结构影响的研究中，结果表明，在连接情况下，结构的扭转变形是分析中必须要考虑的因素，最后再根据装置中不同的参数对扭转反映的结果进行计算分析。

在对高层结构在地震波不同角度输入的弹性地震效应分析中，结果得出，无论研究对象是双向地震还是单向地震，SRSS的研究方式都可能低估结构的最大地震响应。同时，还有研究人员发现，弹性地震作用的最大方向和弹塑性地震作用的最大方向有着一定区别。

5结语

高层连体结构和其他高层结构相比，有着独特的特点，因此也更加复杂。未来还需要在以下几个方向进行深入研究：第一，不对称连体结构振型分析。目前已有的研究主要是在对称作用情况下进行分析，而在不对称方面的分析还有待加强；第二，竖向地震可能并不会对连体结构连廊部分产生过多的影响，但是目前采用的规章制度也可能低估了连廊的竖向地震作用，因此需要进一步研究；第三，地震输入角度是否对称也可能对结构产生较大影响，尤其是结构进入弹塑性状态之后，非主轴方向的地震波可能比主轴方向的地震波产生更大的影响。

参考文献：

[1]陈继峰.连体高层建筑结构的简化动力分析[D].郑州：河南理工大学，2012.

[2]姬栋宇.高层连体结构的动力特性分析[J].产业与科技论坛，2016，（10）：48-49.

[3]张凯华.复杂高层连体结构设计选型研究[D].郑州：郑州大学，2014.