31第26章_复杂高层混合结构_肖从真徐自国预案.doc

第26章 复杂高层混合结构 自20世纪80年代开始，特别是90年代及21世纪初，一批现代高层建筑以全新的面貌呈现在人们面前。业主和建筑师为在建筑艺术、建筑造型以及建筑功能、用途等方面体现其创新，设计了众多体型复杂和内部空间多变的高层建筑。经过近几十年的研究和工程实践，结构工程师发挥其创造才能，尽可能地解决了结构设计的各种技术难题，陆续发展了多种复杂高层建筑结构体系，这些结构的结构形式包括钢筋混凝土结构、钢结构以及钢－混凝土混合结构等等。从发展趋势上讲，复杂结构体系采用钢－混凝土混合结构将逐渐增多。但是，应当指出，这些建筑结构一般都是不规则的，有些甚至是特别不规则的结构，经受过强震作用检验的结构为数较少。因此，试验研究及数值模拟计算成为结构工程师顺利进行结构设计的有力保障。 本章主要针对目前出现的几种复杂高层建筑结构体系进行介绍，并结合一个具体工程实例及其数值分析结果讨论其在设计、计算分析过程中应注意的问题。 26.1 转换层结构 在高层建筑结构的底部，当上部楼层部分竖向构件（剪力墙、框架柱）不能直接连续贯通落地时，应设置结构转换层，在结构转换层布置转换结构构件，这类结构称为带转换层高层建筑结构。近年来，带转换层结构的高层建筑越来越多，有些通过转换构件来实现建筑造型沿竖向的收进或外挑，有些则为了实现斜柱与直柱的转换，而且转换层位置也越来越高。 带转换层结构属于竖向构件不连续及竖向刚度突变的复杂结构体系，转换层上、下楼层构件的内力、位移均容易发生突变，对抗震十分不利。研究成果表明，影响带转换结构抗震性能的因素主要有转换层设置高度、转换层上下楼层侧向刚度比、转换层上下等效刚度比等因素有关∶转换层位置越高，转换层上下层间位移角包络及剪力分配和传力途径突变越明显；转换层与其上一层侧向刚度比减小，其剪力比也减小；转换层与其上层的等效刚度比增大，其对应层间位移角及剪力比均增大，对其抗震性能有重要影响。 针对上述研究成果，在设计中应着重针对上述因素进行控制：首先，应限制转换层设置的高度；其次，有效控制侧向刚度比以达到控制转换层附近的层间位移角及内力突变的目的；再者，还应控制转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比，使其尽量接近于1，且不大于1.3。 在进行数值分析时，应注意以下问题： 1）对于带转换层的结构，必须将转换结构作为整体结构的一个重要部分采用符合实际受力及变形状态的计算模型进行三维空间整体结构的计算分析。必要时，应采用三维有限元程序（如SAP2000等）对转换结构进行局部补充计算； 2）当进行转换结构的局部模型计算时，应至少取转换层上下两层结构进入计算模型，同时应注意对构件的轴线位置按照实际的空间位置进行偏置，并应考虑节点刚域的影响以及模型边界条件应符合实际的工作状态； 3）当高位转换时，还应注意对整体结构进行重力荷载下的施工模拟计算； 4）抗震设计时，转换层的地震剪力应乘以1.15的增大系数；8度抗震设防时，转换构件应考虑其上竖向荷载代表值的10％作为附加竖向地震作用力，且此附加竖向地震作用应考虑上下两个方向。 26.2 连体结构 连体结构是指两幢或几幢高层建筑之间由架空连接体相互连接，以满足建筑造型及使用功能要求的特殊结构形式。连接体的跨度有几米长，也有几十米长，可以沿建筑物竖向布置一个或多个。根据连接体与塔楼的连接方式，可将连体结构大致分为强连接方式及弱连接方式两类：强连接是指当连接体结构包含多层楼盖，且连接体结构刚度足够，能实现将主体结构连接成为整体协调受力、变形的连接形式；反之，当连接无法协调连接体两侧结构的共同工作及协调受力时则视为弱连接形式，连接体可以采用一端与结构铰接，一端采用滑动支座或者两端均做成滑动支座的方式。 可见无论是强连接方式还是弱连接方式，连体结构均是通过连接体将不同结构连在一起，体型比一般结构复杂，因此连体结构受力比一般单体结构或多塔楼结构更为复杂，其变形及受力具有如下特点： 1）较之其他体型的结构，连体结构扭转振动变形较大，扭转效应显著。具体表现为：当风或地震作用时，结构除产生平动变形外，还将会产生扭转变形，扭转效应随连体结构的不对称性的增加而加剧。即使对于对称双塔连体结构，也会由于连接体楼板会发生变形，两塔楼除有同向平动外，还很有可能产生两塔楼的相向运动，该振动形态是与整体结构的扭转振型相耦合的。实际工程中，由于地震在不同塔楼之间存在一定差异，很有可能发生两塔楼相向运动的响应，此时对于连体结构的受力相当不利。而且，对于多塔连体结构，因体型更为复杂，其振动形态也将更为复杂，扭转效应更加明显； 2）连接体部分受力相当复杂。连接体是连体结构的关键部位：一方面，连接体部分要协调两侧结构的变形，在水平荷载作用下承受较大的内力；另一方面，当其本身跨度较大时，除竖向荷载作用外，竖向地震作用亦会相当显著。