高層連體結構的動力特性分析

楊玉華

[摘要]近年來，隨著我國社會經濟的不斷發展，建筑技術也在不斷提升與改進，特別是針對高層建筑而言，其建筑工藝呈現出多元化，這也是根據社會及公眾的需求而產生的相應變化。高層連體結構是當前建筑的一種特殊結構形式，與傳統的建筑結構相比，連體結構的建筑工藝以及原理也存在一定的差異，包括在建設、使用功能等多個方面。連體結構的建筑形式在我國有著廣泛的應用。

[關鍵詞]高層；連體結構；動力特性

文章編號：2095-4085（2016）07-0052-02

連體結構的建筑和傳統的建筑結構相比，有著獨特的優勢，例如功能多樣化、占地面積較少等，其也是目前的一種新型建筑工藝手段。而且在這類結構中，連廊與塔樓始終保持連接狀態，這也單純保證了塔樓的受力，導致整體連廊的受力呈現出多樣性。另外，塔樓也會受到連廊的聯動影響，即彼此產生耦合現象，因此，相對于一般單塔樓而言，受力存在較大差異。而筆者將通過本文的闡述，對高層連體結構的動力特性方面展開具體的分析與探討。

1連體結構探究

一般連體結構的相關模型可以包含四類，即聯系質點類；聯系剛片類；分段持續類；三維空間類。而不同的模型也會匹配不同的塔樓構造。

即如平面十分規整、對稱的結構，在進行探討過程中，則會參考聯系質點類模型。而且在探討過程中，僅需針對正交水平角度的自由性展開分析即可，不必再考慮結構是否能夠完全自由轉動。而且在該類模型下，各層質量都會聚集在一點，因而若要研究各層的位移情況，僅需要參考X和Y為平動變量即可。

而聯系剛片類模型則在高層建筑的平扭耦聯振動中比較多見，其原理是將建筑各層以鋼片進行劃分，而且各層的質量也是基于鋼片的作用，最后構建成聯系剛片類模型。而且模型本身的所有鋼片都具有三個自由向，即水平位移橫向坐標X與縱向坐標Y，另外還包含轉動的移動角度θ，這類模型的運用方向可以包含于對稱連體構造以及單軸對稱連體構造之中[1]。

當然，也曾有相關調查研究指出，基于解析方法，通過分段持續類的模型可以把塔樓當成直立的懸臂梁，然后把連廊當成水平的梁體，同時對其曲折、切割、軸向形變等多種變化進行探析。不過這類分析研究一般不將樓板剛度列為研究條件，進而最大程度減少運算的難度，但其運算精準度卻存在不足，特別是與有限元的方法進行比對。

最后，針對三維空間類的研究，可以排除剛性樓板的假設展開研究，而且研究僅需要按照三維空間模型，即針對高層空間展開細致研究即可。而且該類研究方法一般是經由模型側面體現出建筑內部每個結構的自由度，而且需要采用多步繁瑣的運算方式，即便如此，相對其他方法而言，這類方面誤差也是最小的。

2多塔樓結構的水平地震解析

采用聯系剛片類模型，就可以完整分析出高層建筑的動力特性，特別是呈現對稱的地盤雙塔結構體。通過分析可以得出，在地震的影響下，這類建筑構成或許會產生五類不盡相同的震動方式。反對稱振型的水平地震參與系數為0 ， 不會導致建筑位移或者內部產生力。此外，在利用串聯質點模型對對稱和不對稱兩種方法進行分析時，對稱結構的建筑分析結果和之前的方法是相同的，但是在不對稱的雙塔結構中，得出塔樓和裙房轉換處是建筑的薄弱層，而且在設置連體后，塔樓和樓層的連接處剛度會產生變化。當連體處的剛度較大時，會產生比較明顯的突變，在受力分析方面比較繁瑣。

在雙塔連體結構上，連廊的剛度和塔樓剛度相比較小，在分析的過程中，要考慮到連廊可能出現的彈性變形。通過質點串聯模型，可以根據彈性樓板對和塔樓相連接的連廊進行分析，考慮單塔樓大底盤結構的底盤剛度、高度、承載力等因素在地震作用下出現的變化。

連體結構在振型分析方面比較復雜，高階振型會出現較大的影響。因此，在對地震的影響進行分析時，要考慮到振型的數量。在地震作用下，不同結構的各階模態反應也各不相同，在模擬參與因子研究基礎上的模態分析方法，可以對結構中的動力特性等方面進行分析[2]。

3連體結構豎向地震分析

通過震害分析得出，連廊在豎向地震的作用下，可能會遭到一定程度的損壞。另一方面，在豎向地震作用的分析中融入連體結構的計算，并把多條地震波彈性時程計算結果的平均值進行分析比較。最后得出，隨著桁架與塔樓頻率比的增加，連體震動所引發的放大效果就會表現的比較明顯；而當連體和塔樓之間的質量比較小時，同時兩者的頻率比較近，所引發的反應會更加明顯。

4彈塑性時程分析和地震波入射方向對結構的影響

一般連體結構的平面都呈現不規則分布，由于結構質量、剛度以及強度中心存在互相偏離的情況，導致建筑結構在地震的作用下會出現扭轉耦聯的情況，在抗震性方面表現較差。

在對雙向地震和單向地震的研究中，有研究人員對單層結構抗側力構建、質量、剛度、強度分布等進行了適當的調整，結果得出，有些制度規范中的條文可能并不正確，低估了這些不規則平面在地震作用下的反映。其主要是因為，這些研究中所采用的地震波，僅僅是根據結構的主軸方向相互正交的水平地震波。在對水平任意向地震輸入對連體結構影響的研究中，結果表明，在連接情況下，結構的扭轉變形是分析中必須要考慮的因素，最后再根據裝置中不同的參數對扭轉反映的結果進行計算分析。

在對高層結構在地震波不同角度輸入的彈性地震效應分析中，結果得出，無論研究對象是雙向地震還是單向地震，SRSS的研究方式都可能低估結構的最大地震響應。同時，還有研究人員發現，彈性地震作用的最大方向和彈塑性地震作用的最大方向有著一定區別。

5結語

高層連體結構和其他高層結構相比，有著獨特的特點，因此也更加復雜。未來還需要在以下幾個方向進行深入研究：第一，不對稱連體結構振型分析。目前已有的研究主要是在對稱作用情況下進行分析，而在不對稱方面的分析還有待加強；第二，豎向地震可能并不會對連體結構連廊部分產生過多的影響，但是目前采用的規章制度也可能低估了連廊的豎向地震作用，因此需要進一步研究；第三，地震輸入角度是否對稱也可能對結構產生較大影響，尤其是結構進入彈塑性狀態之后，非主軸方向的地震波可能比主軸方向的地震波產生更大的影響。

參考文獻：

[1]陳繼峰.連體高層建筑結構的簡化動力分析[D].鄭州：河南理工大學，2012.

[2]姬棟宇.高層連體結構的動力特性分析[J].產業與科技論壇，2016，（10）：48-49.

[3]張凱華.復雜高層連體結構設計選型研究[D].鄭州：鄭州大學，2014.