1、引言隨著高層建筑高度的不斷增高，平面布置日趨復雜的同時，高層建筑豎向立。面造型日趨新穎，一些規模宏大，極富現代氣息的高層建筑為建筑師們所喜愛。因此，近年來高層連體建筑層出不窮，國內最具代表性的有：北京西客站、深圳文錦大廈、上海凱旋大廈等。根據連體的剛度，連體結構大致可分為兩種，一種形式為架空的連廊，兩個建筑之間可設置一個或多的連廊，其跨度可為幾米和幾十米不等，第二種可稱為凱旋門式，在兩個主體結構的頂部若干層連接成整體樓層，連接體寬度與主體結構接近。高層連體結構由于連體的設置，使得各塔樓之間的振動互相耦合，并且連體的設置使得整個結構沿豎向剛度和質量分布不均勻，因此，連體結構的自振振型較單塔結構復雜得多。連體結構總體為一開口薄壁構件，扭轉性能較差，扭轉振型豐富，地震作用下容易引起較大的扭轉反應，易使結構發生脆性破壞。綜上所述，連體結構的動力特性有其自身的特點，地震作用下的反應與一般單塔結構有較大差別，有必要進行進一步探討。2、連體結構動力計算模型連體結構一般為高層建筑結構，因此，構件數較多，其節點自由度非常龐大，而結構計算時，起控制作用的往往是水平向的地震作用或風荷載作用，根據這個特點，有必要對連體結構水平荷載作用下的計算模型進行簡化，以達到計算精度與計算速度的平衡。通常采用的計算模型主要有“串并聯質點系模型”，“串并聯剛片系模型”，以及“三維空間有限元模型”。“串并聯質點系模型”是將塔樓各個樓層簡化為一個質點，樓板上下各1/2層高的構件質量集中于該點，每個質點只有沿主軸方向的兩個自由度，對于雙軸對稱以及單軸對稱的連體結構，其在對稱軸方向的振動互不耦合，地震作用下只激勵地震作用方向上的平動振型，因此，這兩種情況下，對稱軸方向的地震作用計算，可以選用這種模型。對于不對稱連體結構在雙向地震作用下以及單軸對稱連體結構在非對稱軸方向地震作用下，結構各樓層存在三個自由度，即兩個沿主軸方向的平動和繞樓層質心的轉動，這種情況下，“串并聯剛片系模型”更能滿足要求。“三維空間有限元模型”是將整個結構根據抗側力構件的特性，將其劃分為不同的單元，并將單元質量集中于與單元相連的結點上，通過自由度的凝聚，將各結點自由度凝聚為樓層主軸方向和高度方向的三個平動自由度，最后，根據結點動力平衡方程求解。此種模型自由度數量太大，對計算機要求較高，這種模型的基礎之上，根據樓板平面內剛度無窮大的假定將樓板平面內的自由度凝聚為樓層質心沿主軸方向的平動和繞質心的轉動，凝聚之后，總的結點動力自由度相應地減少，從而，大大提高了計算速度。3、連體結構動力特性分析由于連體結構各塔樓間振動的耦合作用，連體結構的動力特性有其自身的特點，不能套用單塔結構的自振振型對其進行分析。因此，本文將對單塔結構、雙軸對稱連體結構和單軸對稱連體結構進行動力特性對比分析，以進一步探討連體結構自振特性的規律。本文算例來源于文獻[1]的某辦公樓工程，并對其結構布置進行了調整。此工程結構類型為框架-核心筒體系，為全現澆鋼筋混凝土結構，平面為正方形，兩個方向柱網尺寸皆為3×10m,核心筒墻中線尺寸為12m×12m。地面以上共25層，除首層層高為4.5m外，其余均為3.5m。本文在此基礎上構造連體結構。本文算例分別為25層單塔結構，25層雙軸對稱雙塔連體結構（在23、24、25層設置連體），高塔為25層，低塔為18層的單軸對稱雙塔連體結構（在16、17、18層設置連體）。本文采用三維空間有限元程序進行分析，筒體和樓板均采用殼單元，框架采用梁單元，根據分塊無限剛假定，在連體所在樓層處,將各塔樓樓板分別設為平面內無限剛，連體部分的樓板設為彈性。前四振型分別如圖1、圖2、圖3所示，前十階自振周期見表1。表1自振周期的對比隆振型階次顏單塔（高塔）殼雙軸對稱雙塔禾連體結構笛單軸對稱雙塔絮連體結構訊1因1.413輝1.416戰1.270她2熟1.412揪1.398殖1.167青3圣0.648燒0.971抽0.733施4催0.316屑0.429姓0.383賭5紡0.316辰0.390拴0.339專6瞇0.225防0.357銀0.331罷7墻0.213塵0.317緩0.329張8賭0.208橋0.315呈0.320摟9爐0.207錘0.272切0.236戴10涂0.207賺0.213各0.229圖1.單塔結構前四階振型圖2.雙軸對稱雙塔連體結構前四階振型圖3.單軸對稱連體結構前四階振型結果分析：⑴.從表中看出，單塔結構與雙軸對稱連體結構的第一階振型均為Y向的平動振型，且自振周期基本相等。這是因為兩塔樓Y向的剛度相等，Y向的平動振動具有對稱性，因此，兩塔樓沿Y向同步振動時，連體對兩塔樓并沒有約束作用，此時，整個結構沿Y向的振動與單塔結構Y向振動相似。單軸對稱連體結構Y向周期小于單塔結構，這是因為兩塔樓側向剛度不等，Y向振動不同步，由于連體在其樓層平面內的剪切剛度和彎曲剛度較大，連體在其平面內起到協調兩塔樓振動的作用，因此，連體對兩塔樓具有約束作用，即高塔Y方向振動受到制約，側向剛度有所增強，結構的自振周期必然有所下降。需⑵伙.憲由表中得出，巾雙軸對稱連體之結梢構陳X習向自振周期小加于高羨塔固X搶向自振周期。唱這是由于連體球本身具有一定浪的豎向抗彎能崖力，連體的設廁置增加了連體瞧結構的縱向抗蜜彎剛度，使得蛇結構的縱向抗哲彎整體性有所勉增強，從而使蹈其對應的自振臂周期低于單塔丟結構。同時，允我們從表中由城可以看出，單垃軸對稱連體結療構喝X適向的平動周期嶺低于雙軸對稱蘋連體結構，因喬為，對于連體錢結構中的低塔績，南其瘋X恰向剛度大于高粘塔，在連體結和構唱X疾向振動時，低鴨塔實際對高塔騰起到一定的支蓬撐作用，這種碗作用使得單軸避對稱連體結構嚇的側向剛度較逢雙軸對稱有所偏增大，且介于約高塔和低塔之吊間，所以，不蘇難得出上面的衣結論。總而言送之，連體結構賺的側向剛度增耀大來源于兩種類途徑，一種為娃連體本身的作紹用，另一種則陪是兩塔樓間的夠相互支撐作用慣。乒⑶毯.費從圖中可以看唇出，雙軸對稱脾連體結構前兩挪階振型依然吊為兇Y淡向豐和伯X掘向的平動振型朗，而后兩階振丈型分別加為按Y膜向的平扭耦聯漢以及兩塔樓的漁純扭振型。從爭振型圖上可以娃看出，與單塔蛙結構不同，連窄體結構存在著匠兩塔樓的機同向振型和反稱向振型，在對濱稱雙塔結構中懸表現為反對稱鋤振型和對稱振穿型，在水平地艇震作用下，由腎于對稱振型的裳振型參與系數梨為零，因此，棍地震作用下，滔對稱振型不被云激勵。弦⑷丈.踢從振型圖上看光出，連體結喪構中X徹向振動安與護Y征向振動不耦合天，嘴且曬X斑方向振動只包浙含平動振動，青不包含扭轉分格量，瑞即征X的向地震作用下匙，只發某生說X晃向振動語，敞Y肝向分量和扭轉朋分量對結寄構序X競方向地震下的搏響應貢獻為零格，振型不被激惱勵。連體結悲構榮Y壘向振動與扭轉績互相耦合，即景存在平扭耦聯蜓振型，雙軸對他稱連體結極構風Y落向的平扭耦聯廚振型的振型參壺與系數為零，蹦而單軸對稱連孔體結構中，由踐于兩塔樓關渣于研Y煎非對稱，因此旁，籌Y藏向平扭耦聯振抄型的參與系數柏不為零，隨著饒對稱性的增強譽，奪Y渡向平扭耦聯振易型的參與系數屈會越來越小，猶最終趨于零。不⑸賭.縣從周期表中看多出，連體結構撞的平扭耦聯振隸型周期與單塔第結構的扭轉周洪期相比，更接哨近于基本周期杜，即連體結構江的整體抗扭剛瓦度如與雄Y沸向側向剛度的甲比值較單塔結決構小，因此，釘連體結構的抗雅扭性能較差，層較易發生扭轉擠振動。巴4身、地震作用下道的響應分租析察捐由以上分析可粱以看出，連體封結構的動力特母性與單塔樓結蹲構有較大的區屑別，平扭耦聯宮特性較為顯著六，因此，連體絞結構在地震作川用下的響應應煮按整體進行分叔析。本文將采滑用振型分解反疲應譜法對連體卵結構分別進挨行黃X突向留和深Y姻向的地震反應沈分析，設防烈疫度為七度，場老地土類別為第翼三類場地土，稿設計地震分組掘為第一組，阻劍尼比劑取羽0.0鏟5額。振型組合方飾式選取考慮平秩扭耦聯效應屋的家CQ倍C團組合方法，參溉與組合的振型察數按照規范規刻定的振型參與贈質量百分比之步和大求于炎90桌%逗為依據進行選業取，由于連體私結構的低階振扎型中存在大量穿振型參與系數瓶較低的相對振鄭動振型，因此榮連體結構參與束組合的振型數托較一般單塔結駱構多了很多。康對稱雙塔連體容結構在地震作側用下，連體對廈兩塔樓的約束悶作用較弱，塔虛樓的響應與單蘆塔較為接近，楊本文主要基于習上面的算例對謙單軸對稱雙塔案連體結構進行哀分析，研究單店軸對稱雙塔連宵體結構地震作雪用下的響應規凱律。同時，高愈塔樓取皺為乘2證5看層，低塔樓分漸別取巡為員2閥3橫層輪、特2好1培層遮、符1傾9掏層愚、毅1已7膛層奔、唐1晨5階層仇及落1摧3肢層，以考慮兩僅塔樓間的相對查高度對塔樓的啟內力、位移和驅連體內力的影海響。單軸對稱詳連體結醋構笛X辛向鉗和脆Y魚向的地震作用慣響應如翁圖事4腐、織圖予5躬所示。乎對議X掠向頂點側移的禮影響潛卸對兩X外向基底剪力的慮影響尤對泳X蛇向基底彎矩的靈影響捐窄對連體內軸樓力的影卡對連體內豎向圈彎矩的影響毅圖祥4.丘方單軸對稱連體市結憂構拒X返向地震作用下消的響應廉對個Y語向頂點位移的跳影響竟被對連體頂層各烘塔樓樓層位移所的影響海對改Y孩向基底剪力的弓影響秀嗽對早Y僑向基底彎矩的異影響捉對弱Y御向基底扭矩的迷影響停腸對連體端部水干平剪力的影響躁對連體端部水勁平面內彎矩的施影響府對連銜體端部扭矩的崇影響逼圖亞5.姐威單軸對稱連體附結貞構遲Y閘向地震作用下闖響應結果分析：與(1)飛賄從分析結果我銅們看細出呈,抄單軸對稱連體類結構歇在仙X崇向地震作用發下倍,漁只產農生如X根向的響鉤應吸,先Y木向變形和內叢力贊,給結構的扭轉變挎形和內力均為撞零儲；勾Y甚向地震作用糟下賓,嗚存在扭轉變形府和內竹力匪,浮X址向變形和內力箏為零，分析結懷果驗證了我們歷此前的判斷。割(2)萬證從艙圖紅4完中我們看賊到反,井連體結構高塔問樓盈X破向頂點位移隨咬著低塔樓層數臟的降低略有下呢降檔,弦低塔樓頂點側舉移則下降較圓快糊,怕下降幅度也較余高塔樓大。在仰低塔樓樓層勸從涉2谷5頌層降才至闊1豎3丘層的過程中，囑連體內軸力是影的不斷上升的猜，即低塔對高獎塔的支撐作用恐在不斷增強，惰但由于低塔樓賺層數的降低，孕連體以上樓層鹽的相對局部振覺動有所增大，辛即如文洽獻脾5磚所述，整個結之構剛度逐漸由嚴連體以上的單喉塔部分控制，鑼因此，高塔頂皺點位移降低速立率在低塔樓層茅降低的過程中貼有所降低，當混降低至某一高雀度時，甚至會具出現頂點位移框上升的情況。協低塔由于高度誦的下降，質量擔的減少，地震獻作用的降低，嚇正如圖中所示拌，頂點位移會賀不斷下降。零(3)妥宵隨著低塔高度鄭的降低，低塔幟本身受到的地箭震作用也在不各斷減小，從而蜂，低塔基底剪鏈力也會有所下留降，由于連體圍的剪力傳遞作總用，高塔樓基雄底剪力將相應嘴地減小。聞(4)喬蒼如施圖柄4哪所葡示輝,評兩塔樓基底彎業矩均隨低塔樓慶層的降低而不撓斷減小。低塔姐基底彎矩的減乒小主要由低塔提高度的降低以不及低塔本身地示震作用的減少松所至，而高塔凈除本身受到的棍地震作用以外某，連體軸力產嫁生的反彎矩以卷及連體端部的凱豎向彎矩均對呀其塔底彎矩有舅較大的影響，壩由于影響高塔告底部彎矩的因俗素較多，所以換其變化規律與摩低塔相比也相損對復雜一些。姐(5)窩盾從餓圖析4煌中看出，連體惰左端彎矩（和雖高塔相連）與井右端彎矩（和關低塔相連）相枕比較大，這是共因孤為象X瞞向地震作用下輩，連體所在樓長層可以看作受揚到上部塔樓集脂中彎矩的作用拉，這種作用使比得此端的彎矩冰與另一端相比密較大。差(6)巴統從襯圖轉5毒中可以看座出懼,聚當低塔樓的層習數閥從醬2艙3俱層降低下至彈1鈴3踏層的過程飄中宿,甜高星塔知Y猜向頂點位移呈灘逐漸下降的趨幫勢，這是因為丸在低塔樓降釣至鉗1檢3念層的過程噸中奪,鴿整個連體結構線的側向剛度在減不斷上貴升略,序這種剛度的上微升導致頂點位府移的下降。腹(7)棗式在連體所在樓干層處，連體通術過其水平面內厚較大的剪切剛唯度和彎曲剛度醋來約束兩塔樓純的側移和扭轉似，從而達到協峽調兩塔失樓撿Y猛向振動的作用鵲。如椅圖圖5盒所示，隨著低里塔樓層數的降務低，高塔和低稅塔在連體所在夠樓層處均將降停低，且兩塔樓包在此樓層處始拉終存漂在畜Y笨向的位移差，釣由于連體面內達剪切剛度較大殿，水平面內的經相對變形很小研，因此，此處饞的兩塔樓皮的學Y缸向相對側移的影原因可以歸結鑼為連體所在樓憂層平面內的整寸體扭轉。裂(8)穿食如棚圖治5治所慕示誠,鎖在低塔樓層數來降低的過程膨中抵,全連體內的水平未剪力有所上滅升族,臘證明連體對兩束塔樓的約束作咬用有所增討強惑,漂高塔樓基飛底愧Y爬向剪力在地震激作用與連體約勢束的共同作用碰下有減小的趨產勢。從此圖中與還可以看出，怪隨著低塔樓層善從粘2橫3側層降嗚至念1柔3距層的過程中，翅兩塔樓的基底乒彎矩均有所減從小，低塔樓基福底彎矩的減小鏟主要由其質量蘋的降低所致，裙而高塔基底彎拔矩受連體內水無平剪力形成的俘反彎矩和連體鷹內扭矩的影響中，它們作用的誘結果是使矮得傾Y柱向地震作用下仿的基底彎矩有晴所減小。乒(9)慨神由炭圖蓄5焰中的曲線，我釣們可以看出赴，穩Y掌向地震作用下蘭，高塔與低塔駕的基底扭矩比蒼較接近，且兩凍者的和遠小于因基底總扭矩。畏這個現象證明苗，較Y載向地震作用下境，本算例的連震體結構以整體琴扭轉為主，各如塔樓的局部扭多轉所占比重較肆小，這主要取宜決于連體面內椒彎剪剛度和各納塔樓的抗扭剛壯度，若連體面烤內剛度和塔樓鹿抗扭剛度較大是，結構以整體討扭轉為主，反勻之，則局部扭伯轉占比重較大潛。同時，扭轉夢降低了連體水秋平面內的傳力砍效應，因此，板一味地試圖通襲過增大連體面槳內剛度來協調筑兩塔匹樓有Y為向側移，有時嗓候是得不償失脈的。陡（冤1訊0盼）襖X脆向地震作用錢下付,鉗連體處于拉壓岸交替作用狀胳態垂,怠Y醋向地震作用縮下庸,盤連體處于彎剪熊扭共同作用下稈的復雜受力狀驗態脾,擦因御此搶,華地震作用督下超,確連體受力極為捷不氏利曾,墨且連體與塔樓買連接拐角處存磚在應力集脖中品,知所蓄以勿,譜連體應采取必妨要的加強措施樓。5、結語周從本文的分析禁，我們看出雙惹塔連體結構由壓于兩塔樓振動貴的耦合作用，杯其自振振型較型為復雜，存在戶同向振型和反磨向振型，對稱氏雙塔連體結構紹的同向振型參礦與系數為零，忌即在地震作用從下不被激勵，匪因此，