某雙塔連體高層結構抗震性能分析

冉 莉 王 昭

(河北九易莊宸科技股份有限公司，河北 石家莊 050021)

某雙塔連體高層結構抗震性能分析

冉 莉 王 昭

(河北九易莊宸科技股份有限公司，河北 石家莊 050021)

石家莊市某辦公大樓采用雙塔連體結構體系，屬于特別不規則的高層建筑。通過振型分解反應譜法和彈性時程分析法對該結構的抗震性能進行分析，并在設防烈度和罕遇地震下按照C級性能目標對部分連體樓板進行應力分析，針對連接體薄弱部位采取一定的加強措施以保證結構的安全。

抗震性能，振型分解反應譜，彈性動力時程，性能目標，應力分析

0 引言

近年來，建筑形式越來越多樣化，雙塔連體結構由于它的獨特優勢被越來越多地應用在實際工程中。雙塔連體結構因為通過連接體將兩個塔樓連接在一起，其受力比普通單體結構要復雜。連接體部分是連體結構的關鍵部位，應對其采取必要的抗震加強措施，以確保整體建筑物的安全。

1 工程概況

石家莊某城中村改造項目商品區辦公樓，地下2層，地上24層，建筑總高度99.92 m，建筑總面積70 377 m2，由兩個塔樓組成，兩個塔樓在5層、9層、13層、17層、21層、23層連接(如圖1所示)。

結合建筑內部空間和功能及外部形象的設計要求、抗震(風)性能要求、施工周期以及建造成本合理等因素，結構采用鋼筋混凝土框架—剪力墻結構體系，剪力墻從基礎頂至屋頂保持貫通，且墻體布置無變化。地上1層～3層采用普通框架剪力墻結構，4層及以上各層樓板采用現澆空心樓蓋，外圈布置框架梁，筒體與外框柱相連處布置700 mm×350 mm的暗梁，樓層結構布置簡圖詳見圖2。

本工程設計使用年限為50年，安全等級為二級，抗震等級為二級，抗震設防類別為丙類，場地類別為Ⅲ類，抗震設防烈為7度，設計基本地震加速度為0.10g，設計地震分組為第二組。

2 彈性計算分析

多遇地震作用下對單塔模型和雙塔模型分別進行了振型分解反應譜法分析，并對雙塔模型進行了彈性動力時程分析補充計算，對計算結果進行對比分析。使用計算程序為北京盈建科軟件股份有限公司編制的YJK軟件。

結構計算以地下室頂板作為上部結構嵌固端，計算豎向工況(包括結構自重、附加恒載及活載)和水平荷載工況(包括地震作用及風荷載)。

2.1彈性振型分解反應譜分析

地震作用計算采用考慮扭轉耦聯的振型分解反應譜法，計算振型取35階，考慮X向,Y向地震作用，同時考慮偶然偏心的影響。彈性計算分析時不考慮重力二階效應的不利影響。

小震作用下結構的自振周期折減系數取0.85，阻尼比取0.05，剪力墻連梁剛度折減系數取0.70，梁剛度增大系數根據實際等效剛度取值。

2.1.1結構的自振特性

結構單塔和雙塔模型計算得到的周期和有效質量系數見表1，由表1可知，單塔模型與雙塔模型在主要振型上具有相同的振動方向，動力特性基本相同；單塔模型計算的周期比小于雙塔模型計算的周期比，表明雙塔的連接體使得結構扭轉效應增強；兩個模型的第一扭轉自振周期與第一平動自振周期之比均小于0.90，滿足規范[3]第3.4.5條要求；兩個方向振型參與有效質量均大于總質量的90%，所取振型個數滿足規范[3]第5.1.13條要求。

表1 常遇地震作用下計算結果匯總

圖3和圖4為YJK計算軟件計算的結構空間振動形態的前三振型圖，由圖可以看出分塔和雙塔第一振型和第三振型均為平動振型，第二振型均為扭轉振型。由于雙塔連接體剛度較大，雙塔模型的基本振型均為雙塔整體振動振型，而不是單塔單獨振動振型，說明結構整體性較好，雙塔結構的指標特性均以整體模型為主。

2.1.2位移計算結果

50年重現期風荷載作用下及多遇地震作用下結構的最大層間位移角及最大扭轉位移比計算結果見表2。根據規范[3]第3.7.3條，樓層層間最大位移角不宜大于1/800，由表2可知，分塔模型和雙塔模型在風荷載作用下及地震標準值作用下層間位移角均滿足規范要求；其中風荷載效應遠小于多遇地震作用效應。相對于分塔模型，雙塔模型在X向的風荷載作用和地震作用下的位移角減小，并且扭轉位移比也得到改善。在考慮偶然偏心的規定水平地震力作用下，分塔和雙塔模型樓層的最大扭轉位移比均小于1.4，滿足規范[3]3.4.5條要求。

表2 位移計算結果

參數風荷載作用下最大層間位移角(層號)地震作用下最大層間位移角(層號)最大扭轉位移比X向Y向X向Y向X向分塔1/1443(16層)1/6383(12層)1/801(15層)1/1590(11層)1．38(5層)雙塔1/3234(16層)1/4932(12層)1/966(16層)1/1381(12層)1．36(3層)

2.1.3樓層受剪承載力

根據規范[3]第3.5.3條，結構層間受剪承載力Qi<0.8Qi+1時，結構承載力沿豎向變化不規則，該層稱為薄弱層，其對應于地震作用標準值的樓層剪力增大系數為1.25。分塔和雙塔模型樓層受剪承載力比值曲線見圖5。由圖表可知，樓層受剪承載力比值無突變，滿足規范[3]第3.5.3條要求，屬于承載力變化規則的結構，受剪承載力變化較明顯的部位為層高變化、墻柱截面變化處。

2.2彈性動力時程分析

根據規范[3]4.3.4條中表4.3.4，本工程需要采用彈性時程分析方法進行多遇地震下的補充計算，采用YJK程序對雙塔模型進行了多遇地震下的彈性時程分析。

按照建筑場地類別和設計地震分組選取5組實際強震記錄和2組人工模擬時程曲線，上述時程曲線的選取需符合頻譜特性、有效峰值和持續時間即地震動三要素的要求，也同時需要符合結構底部剪力及高階振型方面的相關要求。

時程曲線的頻譜特性，通過波譜轉換，可用地震影響系數曲線表征。時程曲線的有效峰值根據規范[1]峰值對各點進行等比例調整。時程曲線的有效持續時間，根據結構基本周期計算取35 s。

彈性時程分析結果見表3，由表3可知，7組時程曲線輸入計算的結構平均底部剪力結果大于振型分解反應譜法計算結果的80%，每條時程曲線輸入計算的底部剪力均大于反應譜法計算結果的65%，時程分析結果均滿足相關規范要求。

表3 彈性時程分析計算結果

3 中庭樓板中震及大震分析

為保證連接體部位的抗震性能，按照C級性能目標及相應的抗震性能水準對中庭樓板進行補充分析和論證。選擇對5層及23層中庭樓板進行設防地震及罕遇地震作用下的應力分析，分析結果表明，中庭處樓板在地震作用下隨著樓層的增高樓板應力逐漸增大；此外，設防地震作用下中庭樓板在靠近塔樓約2 m范圍內開裂，2 m范圍內樓板拉應力平均值在2.0 MPa左右，罕遇地震力作用下，中庭樓板在靠近塔樓約4 m范圍內開裂，4 m范圍內樓板拉應力平均值在3.5 MPa左右，應力極值均出現在中庭樓板的角部。

4 結語

1)在多遇地震下，對單塔和雙塔模型進行了振型分解反應譜和彈性動力時程分析，結構的最大層間位移角、位移比等均滿足規范要求。

2)對中庭樓板進行了中震及大震作用下的應力分析，為了保障中庭樓板在設防地震和罕遇地震下能夠協調兩個塔樓共同工作，對中庭梁、板、柱采取以下措施：a.提高樓板X向的配筋率，樓板X向配筋采用雙層D14@200，折算樓板應力為400×1%=4.0 MPa，鋼筋接頭采用焊接；中庭樓板的角部加設放射鋼筋5D14；提高與中庭相連的塔樓樓板的配筋率，按最小配筋率0.5%取值。b.提高中庭X向梁的配筋率，上下截面鋼筋配筋率均不小于2.0%，且鋼筋均拉通設置，鋼筋接頭采用機械連接。c.提高與中庭相連框架柱的配筋率，配筋率不小于4.0%，箍筋全高加密。

[1] GB 50011—2010,建筑抗震設計規范[S].

[2] GB 50009—2012,建筑結構荷載規范[S].

[3] JGJ 3—2010,高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[4] 劉莉婭，陳 軍.四川某復雜連體結構設計[J].建筑結構，2014，44(S1)：189-192.

[5] 黃 瑾，楊 驍，王陽利.某大底盤雙塔連體高層結構抗震性能分析和設計[J].建筑結構，2010,40(2)：28-32.

Seismicanalysisofatallbuildingconnectedwithtwintowers

RanLiWangZhao

(JiuyizhuangchenofHebeiScienceandTechnologyCo.,Ltd,Shijiazhuang050021,China)

An office building in Shijiazhuang connected with twin towers is a special irregular high-rise building. Seismic behavior of this building is analyzed by mode-superposition response spectrum method and elastic time-history analysis. In order to ensure the safety of the building, stress analysis of the connective floor is studied under the fortification intensity earthquake and rare earthquake according to C-level performance objective. By the results, measures can be taken to strengthen the weak part.

seismic analysis, mode-superposition response spectrum, elastic time-history, performance objective, stress analysis

1009-6825(2017)28-0053-03

2017-07-23

冉 莉(1984- )，女，碩士，工程師； 王 昭(1980- )，男，高級工程師

TU973.31

A