某三塔建筑高位連體結構抗震性能優化分析

劉玉娟 張程翔 都健陽

（鄭州商學院，河南 鄭州 451200）

0 引言

在我國經濟的迅猛發展中，大量的建筑物被建得越來越高，由于地形的限制，空間變化豐富，結構層次感強，連體結構以其新穎的建筑外觀、豐富的使用功能備受青睞。連體結構通過架空的連接體讓兩側塔樓在空中相接，兩側塔樓及連接位置的變化使連體結構的建筑外形千變萬化［1］。

連體結構在地震作用下易發生連接體墜落等破壞，1976年7月唐山地震、1995年1月的日本阪神地震、1999年9月的臺灣集集地震中的連體結構受損嚴重［2］。高層結構抗震在工程中的重要性越來越明顯，高位連體結構通過不同材料的連接體進行相連，體型相對復雜，由于要協調多個塔的內力和變形，其受力相較普通結構更加復雜，不僅要承擔水平地震影響引起的很大內力，還要兼顧豎向地震影響。因此，如何降低地震對連體構件的影響，提高其抗震性能，在建筑界備受重視。本文以某三塔建筑高位連體結構為例，研究其抗震性能，并分析抗震性能的優化方法，為連體結構的選擇提供技術支撐。

1 方案選型

設計某辦公樓由3棟高層建筑組成，地下3層，地上26層，總高度為87m，在第22層設高位連體結構。為分析連接體對整體結構的影響，采用SATWE軟件建立三種不同結構有限元分析模型。各結構方案模型如圖1（a）、（b）和（c）所示，連接部位平面圖如圖1（d）所示。

圖1 三種方案結構模型圖

用彈性動力時程分析法比較各結構方案下樓層的自振周期、剪力和最大樓層位移。結構基本參數選取為：工程抗震設防烈度為7度，設計地震加速度值為0.15g，設計地震分組為第二組，場地類別為Ⅱ類，特征周期值為0.40s。辦公樓抗震設防類別為乙類，結構安全等級為一級，地面粗糙度類別為C類，風荷載按100年一遇考慮，修正后的基本風壓w0=0.65kN/m2［3-5］。

2 建筑結構自振周期比較

根據《建筑與市政工程抗震通用規范》（GB 55002-2021）［6］規定，高層混合結構以及復雜高層建筑的結構以扭轉為主的第一自振周期Tt與以平動為主的第一自振周期T1之比不應大于0.85，三種方案均選用12個振型，結構的自振周期及振型方向如表1所示。

表1 三種方案結構自振周期及振型方向

根據表1可得，不同的結構類型自振周期不同，方案一的周期比為0.845，方案二的周期比0.841，均滿足規范要求，但方案三的周期比為0.928，不滿足要求。方案一的自振周期比比方案二大。周期比大，結構扭轉效應大，結構的剛度中心與質量中心相距遠，震害大，故而方案二的抗震效果要優于方案一。

3 建筑結構剪力以及剪重比

各建筑結構方案X和Y方向的剪力如表2所示。

各結構方案對應地震各工況下的剪重比如圖2所示。

圖2 三種方案下地震各工況剪重比圖

根據表2與圖2所示，方案一1層X方向剪力為25633.8kN，Y方向剪力為25319.8kN，剪重比滿足規范要求；方案二1層X方向剪力為28716.1kN，Y方向剪力為24972.9kN，剪重比滿足規范要求；方案三1層X方向剪力為21614.5kN，Y方向剪力為22613.8kN，但是剪重比不滿足要求。通過綜合考慮，方案二的抗震性能優于方案一。

表2 各建筑結構方案X和Y方向的剪力

4 建筑結構位移比較

各方案結構最大位移見表3。

結構在X向負偏心靜震、X向正偏心靜震、Y向負偏心靜震、Y向正偏心靜震工況作用下的位移比超過限值，在X向負偏心靜震、X向正偏心靜震、Y向負偏心靜震、Y向正偏心靜震工況作用下的層間位移比超過限值，結構位移如圖3所示。

根據表3與圖3可以得出：方案一26層X方向位移為94.62mm，Y方向位移為102.7mm；方案二26層X方向位移為72.49mm，Y方向位移為85.03mm；方案三26層X方向位移為140.49mm，Y方向位移為145.62mm。方案二的位移無論是X方向還是Y方向均為最小，方案三最大，方案一其次，通過綜合考慮，方案二的抗震性能優于方案一。

圖3 三種方案結構位移圖

表3 各方案結構最大位移（單位：mm）

5 結束語

為分析連接體對整體結構的影響，采用SATWE軟件建立三種不同結構有限元分析模型。用彈性動力時程分析法比較各結構方案下樓層的自振周期、剪力和最大樓層位移。結果表明，不同的結構類型，結構樓層最大位移、自振周期和剪力都有不同。通過對比可知，方案二可以滿足抗震要求，整體抗震性能良好，又較為經濟實惠。