多塔与连体高层结构设计与施工1005.ppt
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1、多塔与连体高层结构 设计与施工,湖南大学 沈蒲生,1,一、基本知识,1、多塔结构,在一个不设永久性变形缝的底盘上,设置两个或两个以上塔楼的结构,称为多塔结构。因此,多塔结构的组成为: 一个大底盘; 两个或两个以上的塔楼。,(1)多塔结构的组成,2,纽约世界贸易中心大楼,3,萨拉热窝多功能摩天楼,深圳国企大厦,4,迪拜风中烛焰,(2)多塔结构的分类 按塔楼数量分类: 可分为双塔、三塔、四塔等。 其中以双塔结构使用最多。 按结构布置分类: 双轴对称多塔结构; 单轴对称多塔结构; 不对称多塔结构。,5,6,双轴对称 单轴对称 不对称,(3)工程应用 纽约世界贸易中心,110层,417m,双塔。 大连
2、期货大厦,53层,241m,双塔。 厦门东方时代广场,32层,99.9m,3塔。 杭州国际时代广场,30层,156.2m,4塔。 深圳福田商城,39层,139m,5塔。 更多实例见表1-1。,7,(4)受力特点 在荷载和地震作用下,任何一部分的内力和变形都与其它部分有关。结构的内力与变形取决于下列因素: 塔楼的结构形式; 塔楼的对称性; 塔楼刚度与底盘刚度之比; 塔楼的间距。,8,2、连体结构,(1)连体结构的组成, 两个或两个以上的塔楼; 一个或一个以上的连接体。 连体结构可以有底盘,也可以没有底盘。,9,吉隆坡彼得纳斯大厦,10,厦门东方时代广场,湖南省广播电视中心,11,中央电视台新楼,
3、北京当代MOMA工程,12,(2)连体结构的分类 按塔楼数量分类: 可分为双塔连体、三塔连体、四塔连体 等。其中以双塔连体结构使用最多。 按结构布置分类: 双轴对称多塔结构; 单轴对称多塔结构; 不对称多塔结构。,13,(3)工程应用 吉隆坡双子塔,88层,452m,最高连体。 中央电视台新楼,51层,234m,斜塔悬连。 北京当代MOMA工程,21层,66m,9塔连体。 杭州市民中心大厦,26层,110m,6塔连体。 青岛海尔时空飞碟,100m,主塔倾斜80度。 更多工程实例见表1-2。,14,(4)受力特点 比连体结构更加复杂。影响因素有: 塔楼的结构形式; 塔楼的对称性; 塔楼的间距;
4、连接体的数量、刚度和位置; 连接体与塔楼的连接方式; 有底盘时,底盘层数、高度及楼面刚度; 竖向地震作用及风荷载的影响等。,15,二、多塔高层结构的动力特性 及地震响应分析,1、分析模型,16,串并联质点系层模型,串并联质点系层模型,17,考虑底盘变形的串 并联刚片系层模型,分段连续化串并联组模型,此外,还有应用最为广泛的三维空间动力分析模型。,2、振动方程 对于多自由度体系,无阻尼自由振动方程的基本形式为:,18,3、双轴对称双塔结构 特点: 有五种基本振型。,19,对称双塔结构的五种基本振型,在水平地震作用下,三种基本振型xL-xL、L-L、yL- 的振型参与系数为零,即对内力和位移没有影
5、响。 与单塔结构的受力性能相近。 以上结论对对称多塔结构具有适应性。,20,例1 与单塔结构比较例题,21,平面图,底盘平面长115.2 m,宽57.6m。 塔楼平面轴线长28.8m,宽28.8m。,22,正立面图,总共30层,裙房5层。设防烈度为7度,阻尼比0.05,二类场地土。其它条件见例33。,23,单塔结构平面图与立面图,(1)振型比较,24,单塔结构前12阶振型,双轴对称双塔结构前12阶振型,(2)周期比较,25,(3)内力比较,26,单塔结构各楼层地震力,对称双塔结构各楼层地震力,27,单塔各楼层剪力,对称双塔各楼层剪力,单塔各楼层弯矩,对称双塔各楼层弯矩,(4)位移比较,28,单
6、塔各楼层位移,对称双塔各楼层弯矩,通过上述比较可见,双轴对称双塔结构的受力性能与相应的单塔结构相似。,例2影响因素分析例题。 (1)塔楼间距影响,29,计算了以下四种情况:,30,由表可见,塔楼间距对结构受力性能影响很小。,(2)底盘高度影响,31,对自振周期的影响,对顶层地震反应力的影响,32,对底盘顶层地震力的影响,对底盘底层剪力的影响,33,对塔楼顶部位移的影响,对最大层间位移的影响,上述比较表明,底盘高度对结构受力性能有较大影响。,(3)底盘刚度影响,34,为了考查底盘刚度对结构性能的影响,在底盘中增加少量的剪力墙,结果如下表。,由表可见,底盘刚度对结构性能有较大影响。,4、不对称双塔
7、结构 例3 左、右塔楼高度不等时的算例。,35,立面图,左塔逐渐由30层降至15层,右塔逐渐由0层增加至15层,每次变化一层。其它情况见例3-6。,36,左、右塔楼高度不同时 底盘顶层地震力的变化,左、右塔楼高度不同时 底盘底部剪力的变化,(水平坐标表示右塔楼高度与左塔搂高度之比。),三、连体高层结构的动力特性 及地震响应分析,1、分析模型,37,串并联质点系层模型,38,串并联刚片系层模型,39,考虑底盘和连接体变形的串并联刚片系层模型,40,质量集中于节点系模型,41,分段连续化的串联模型,2、振动方程 对于多自由度体系,无阻尼自由振动方程的基本形式为:,42,3、双轴对称连体结构 例4与
8、单塔结构比较算例。,43,44,(1)位移比较,45,地震作用下x方向最大位移,地震作用下y方向最大位移,(2)内力比较,46,地震作用下楼层剪力,地震作用下楼层弯矩,(3)振型比较,47,单塔结构振型,双轴对称双塔结构振型,(4)周期和振型方向比较,48,单塔结构周期和振型,双向对称双塔连体结构周期和振型,由上表可见,双向对称双塔连体结构的扭转效应增大。,3、非对称连体结构,49,例5 非对称双塔连体结构性能算例。,左塔楼为框架-核心筒结构,右塔楼为纯框架结构,30层,顶部采用桁架做连接体。其它条件见例4-5。,50,地震作用下x方向最大位移,地震作用下y方向最大位移,51,地震作用下楼层剪
9、力,地震作用下楼层弯矩,52,刚度对称双塔振型,刚度不对称双塔振型,四、连接体及其对结构性能的 影响,1、连接体的分类,53,(1)按连接体的结构形式分类,普通桁架式连接体,空腹桁架式连接体,旋臂式连接体,吊梁、托梁式连接体,(2)按连接体与塔楼的连接方式分类 连接体与塔楼必须具有可靠连接。,54,55,刚性连接,铰接连接,56,滑动连接限位装置,57,橡胶垫支座,带阻尼器的橡胶垫支座,(3)按连接体与塔楼的相对刚度分类 可分为:强连接;弱连接。 (4)按连接体的跨度分类 可分为:大跨度连接体;小跨度连接体。 (5)按连接体的位置分类 可分为:高位连接;中位连接;低位连 接。,58,2、连接体
10、位置对结构受力性能的影响,59,例6 连接体位置对结构受理力性能影响例题。 某塔楼左塔45层,右塔30层,底盘4层。连接体按下列四种情况布置: 情况1:连接体布置在矮塔1/4处(第9、10层); 情况2:连接体布置在矮塔1/2处(第16、17层); 情况3:连接体布置在矮塔3/4处(第23、24层); 情况4:连接体布置在矮塔顶部(第29、30层)。,60,前18阶周期,(1)周期、振型对比,61,连接体位置对周期的影响,连接体位置对Tt/T1的影响,62,63,64,(2)位移比较,65,66,(3)内力比较,3、连接体数量对结构受力性能的影响,67,正立面图,例7 连接体数量影响例题。 左
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