連體結(jié)構(gòu)是指除裙樓以外，兩個或兩個以上塔樓之間帶有連接體的結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)體系的特點就是由于連接體與塔樓的連接而形成較強的空間藕聯(lián)作用，結(jié)構(gòu)的動力特性、受力性能以及破壞形式比一般的高層結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。歷次震害表明，連體結(jié)構(gòu)連接體破壞嚴重，連接體本身塌落的情況較多，同時使主體結(jié)構(gòu)中與連接體相連的部分結(jié)構(gòu)嚴重破壞，尤其兩個主體結(jié)構(gòu)層數(shù)和剛度相差較大時，采用連體結(jié)構(gòu)更為不利[1]。

連體高層結(jié)構(gòu)具有多種分類方式，如果僅根據(jù)連接體的連接方式分類，可以分為剛性連接、鉸接、滑動連接和彈性連接等連接方式[2]。當連接體結(jié)構(gòu)剛度足夠，能夠協(xié)調(diào)兩側(cè)塔樓在豎向和水平荷載作用下產(chǎn)生的內(nèi)力和變形，即可采用剛性連接或鉸接連接的連接形式，連接體一般采用單層、疊層的普通桁架或空腹桁架等。當連接體剛度較弱，即使采用剛性連接也不能協(xié)調(diào)相鄰塔樓的變形，此時可以采用滑動連接或者彈性連接，連接體一般采用梁式[3]。

最近，我們協(xié)助結(jié)構(gòu)工程師，在項目方案設(shè)計階段用SAUSAGE軟件分析了某項目連接體在支座水平荷載作用下的極限承載力，為方案階段確定合理的支座剛度和阻尼器最大出力提供了依據(jù)。

1結(jié)構(gòu)概況

塔樓高度分別為180米和100米，在90米高度處兩棟塔樓通過兩層鋼結(jié)構(gòu)連接體相互連接，連接體跨度最大為30米。連接體結(jié)構(gòu)采用H型鋼梁，連橋?qū)挾茸钚√巸H3.2米。由于兩棟塔樓動力特性相差較大，連接體為單層鋼梁，剛度較弱，因此連接體采用一端剛性連接，一端彈性連接的形式。圖1顯示了連接體與一側(cè)塔樓剛性連接情況。

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2材料本構(gòu)模型

SAUSAGE軟件中的一維單元采用纖維單元，該單元基于 Timoshenko 梁理論, 可以考慮剪切變形剛度；連接體構(gòu)件材料為鋼材，對于一維的梁、柱和支撐構(gòu)件，軟件采用雙線性隨動強化模型（如圖2所示），考慮包辛格效應(yīng)，在循環(huán)過程中無剛度退化。分析中，鋼材硬化段彈性模量折減系數(shù)取0.0175。

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3連接體極限承載力分析方法

從圖1可以看到，連橋比較薄，豎向剛度較小，跨度約30m，跨高比較大。如果支座剛度或者阻尼器出力較大，連接體很可能發(fā)生平面外的失穩(wěn)破壞。在正常使用階段恒、活荷載作用下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的豎向位移疊加連接體結(jié)構(gòu)的初始缺陷，加劇了這種失穩(wěn)破壞的出現(xiàn)。因此了解連接體在水平荷載下的極限承載力是必要的。

選取跨度最大的上層連橋進行分析，考慮在中、大震時連接體樓板可能開裂失效，在分析中偏安全的取消了混凝土樓板，僅將樓板自重作為荷載施加在連接體上進行分析。由于分析的目的是得到連接體的極限承載力，計算模型僅取連接體和與連接體相連的樓層進行分析。SAUSAGE計算模型如圖3所示。

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圖3 SAUSAGE計算模型圖

連接體結(jié)構(gòu)的初始缺陷分布采用重力加載變形的方式，缺陷的最大計算值按連接體跨度的1/750采用[4]，如圖4所示。

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圖4 連接體初始缺陷云圖

分析中考慮了不同水平荷載作用方向?qū)O限承載力的影響，分別沿著結(jié)構(gòu)整體坐標X向、Y向和順橋向方向施加荷載，如圖5所示。

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4主要計算結(jié)果

本結(jié)構(gòu)在1.0恒荷載+0.5活荷載的初始豎向荷載作用下，分別施加不同方向水平可變荷載，進行考慮幾何非線性、材料非線性和結(jié)構(gòu)初始缺陷的靜力非線性分析。主要計算結(jié)果如圖6~13所示。

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圖6 水平荷載-位移全過程曲線

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圖7 軸向水平加載結(jié)構(gòu)荷載-位移全過程動畫

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圖8 Y向水平加載極限荷載時刻鋼材塑性應(yīng)變云圖

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圖9 Y向水平加載極限荷載時刻鋼材應(yīng)變與屈服應(yīng)變比值云圖

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圖10 Y向水平加載極限荷載時刻結(jié)構(gòu)豎向位移云圖

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圖11 軸向水平加載極限荷載時刻鋼材塑性應(yīng)變云圖

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圖12 軸向水平加載極限荷載時刻鋼材應(yīng)變與屈服應(yīng)變比值云圖

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圖13 軸向水平加載極限荷載時刻結(jié)構(gòu)豎向位移云圖

從計算結(jié)果可以看出：

（1）本項目連接體剛度較弱，在水平荷載作用下，結(jié)構(gòu)可能發(fā)生平面外失穩(wěn)或側(cè)向傾覆；

（2）沿連接體軸向加載，極限承載力可以達到22000KN，連接體中部寬度較小部位鋼材最先屈服，達到極限荷載時大部分構(gòu)件仍未屈服；

（3）沿整體坐標Y向加載，連接體平面內(nèi)為壓彎構(gòu)件，在壓力和彎矩的共同作用下，連接體極限承載力下降很快，極限承載力僅為5000KN，連接體中部和與主樓連接部位鋼材最先屈服，達到極限荷載時大部分構(gòu)件仍未屈服；沿整體坐標X向加載，與Y沿整體坐標X向計算結(jié)果基本一致。

5結(jié)論

1）連接體是連體高層結(jié)構(gòu)的重要組成部分，連接體結(jié)構(gòu)形式較多，受力復(fù)雜，應(yīng)進行專門研究；

2）對于豎向剛度較弱的連接體，在較大水平荷載作用下，可能發(fā)生出平面的失穩(wěn)破壞；

3）通過考慮初始缺陷的雙非線性分析可以幫助我們了解連接體失穩(wěn)破壞與強度破壞的先后次序，使我們更清晰的了解結(jié)構(gòu)的破壞過程和薄弱環(huán)節(jié)，并予以加強；

4）當連接體承載力較小時，可根據(jù)極限荷載分析結(jié)果確定支座和阻尼器參數(shù)，減小連接體內(nèi)力，并進行整體建模分析驗證，確保連接體和主體結(jié)構(gòu)安全可靠。