华中科技大学硕士学位论文某高层连体建筑顺风向风振响应分析姓名：王海波申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：张卉20061110华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I摘 要 大底盘多塔楼连体高层建筑为底部几层为大底盘， 上部采用两个或两个以上的塔楼作为主体结构， 同时塔楼间由于功能或造型要求通过一个或多个连接体相互连接而形成的一种复杂结构体系。 大底盘多塔楼连体结构是当前高层建筑结构设计所面临的一个新课题，其分析模型、动力特性、受力性能、破坏形式以及计算方法均较一般的单塔高层建筑复杂得多。 本文以典型的大底盘双塔楼连体结构为对象， 对其计算模型、动力特性及动力风载作用下的响应进行计算和分析： 1. 大底盘多塔楼连体高层建筑结构体系的分类及计算模型的研究。在对连体结构进行分类的基础上，研究了各种计算模型(如串并联质点系模型、串并联刚片系模型、三维有限元模型和连续化模型等)对不同类型连体结构的适应性。 2. 双塔连体结构在水平荷载下的静力分析。推导出各种情况下连体内力表达式，深入地剖析了连体结构的受力及传力特点，找出在不同的情况下，影响连体及塔楼受力的主要参数，并进行了连体结构在静力作用下的参数分析。 3. 大底盘双塔楼连体结构刚度矩阵、动力特性的研究。通过对双塔连体结构的“串并联刚片系模型”刚度矩阵的分析，揭示了这种结构体系存在严重平扭耦联的深层原因。 4. 大底盘双塔楼连体结构的风振响应分析。 介绍了脉动风压的一般表达式，在此基础上，根据随机振动相关理论，考虑空间相关性，利用谐波叠加法模拟了脉动风荷载。 5. 本文用结构分析软件 ANSYS 建立了大底盘双塔楼不对称连体结构， 加载模拟的风载，分别从三个不同风向作用及改变连体刚度，分析和计算了结构控制部位的响应，并对所得结果进行了分析。 本文的研究为双塔连体结构在脉动风作用下结构的设计提供了理论依据。 关键词：大底盘双塔楼 连体结构 静力分析 风载模拟 风致响应 风向 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 IIAbstract Multi- tower- connected high- rise building with enlarged base is a kind of complex structure system. Lower floors can be regarded as enlarged base, and upper structure includes more than two towers which linked with several spatial corridors to satisfy special functions and architecture demand. Multi- tower- connected structure with enlarged base (MTCS) is a new challenge to the high- rise building design. Because of the spatial couple defect caused by connections between the towers ， its analysis model, dynamic characteristics, mechanics behavior and failure forms are more complex than the common high- rise buildings. The analysis model, dynamic behavior and the response under the wind action of the typical double- tower- connected structure with enlarged base (DTCS) are studied systematically in this paper. The investigations of this paper are as follows: 1. The study of the classification and the calculation models on the MTCS system. On the basis of the structure classification, the adaptability of dynamic calculation models (such as series- parallel particle system model, series- parallel rigid- plate system model, three- dimensional finite- element model and continuous model)to different connected structures is studied. 2. The static analysis of the DTCS under action of the lateral load(wind load). The internal force expressions under various conditions are derived and the characteristic of the response of the structure subjected to load and of load- transfer- road in the structure are analysed deeply. The main parameters influencing the internal force of the connection parts and towers are discussed and analysed under the statics. 3. The study of the stiffness matrix and dynamic characteristics on the DTCS. Through the stiffness matrix analysis of the series- parallel connected rigid- plate model of the DTCS, the inherent cause of the translation- torsion couple existed in the structural system is discussed. 4. The analysis is of wind induced response on DTCS. This paper introduced the expression of calculating fluctuating wind, then deduced the process of simulating fluctuating wind by WAWC, which based on random vibration theory, with concidering 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 IIIspatial correlation. 5. This paper used finite structure- analysis software “ ANSYS” to build a DTCS model and acted simulated wind load from three different direction and considering influence of the stiffness of the connected- corridor. Then the paper got the response of key nodes and analyzed the data particularly. The study in this paper provides the theory for the design of the DTCS on fluttering wind. Keywords: Double- tower structure with enlarged base(DTCS), connected- structure, static analysis, simulated wind load , wind induced response, wind angles 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 2006 年 11 月 6 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 2006 年 11 月 10 日 日期： 2006 年 11 月 10 日 保密 ， 在 年解密后适用本授权书。 不保密 。 本论文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 11 概述 1.1 本课题研究的目的与意义 高层建筑在现代化城市建设中占有很重要的位置。 因为高层建筑能有效的利用空间资源，占地面积小，可缓解目前住房困难、交通拥挤和用地紧张的状况。近年来涌现出的一种新型的结构形式- - - 多塔状高层建筑被越来越多的采用， 就是因为同单体高层建筑相比它能更加有效的节省土地使用面积。随着社会的进步，高层建筑形式日趋多样化。典型的多塔状高层建筑如舟山新露亭高层住宅楼1和南京新世纪广场2。 连体结构这种特殊的结构形式是随着大底盘多塔楼高层建筑的发展而发展起来的。这种结构一方面是出于建筑功能上的要求，它可以方便两塔楼之间的联系，同时它还具有良好的采光效果和广阔的视野而可以用做观光走廊或休闲咖啡厅； 连体的设置使建筑外观上更具特色， 并能营造出一种更加和谐的建筑氛围。 但由于连体的存在，使得这种结构在分析模型、动力特性、受力性能上与非连体结构有很大不同。 本课题旨在通过研究这种大底盘双塔楼连体结构在水平脉动风作用下的设计要点，为该类工程的设计提供理论依据。该课题的研究对于该类工程的实践具有重要的指导作用。 1.2 高层连体结构的分类及其特点 1.1.1 连体结构的工程实例 在实际中，连体可以是单层的天桥或多层子廊，其具体构造是多种多样的。以下为几个多塔连体高层建筑的实例。 （1） 梅田大厦【3】 日本大阪 1993 年建成的梅田大厦，如图 1.1（a）所示，由相隔 54m的两座钢结构塔楼组成，其中西塔楼下部平面尺寸为 33m54m，标准层为 27m54m，东塔楼平面尺寸为 27m54m，3940 层是刚性连接的空中庭园，空中庭园在地面装配，整体提升后安装就位。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2（2） 天津凯旋门大厦【4】 天津凯旋门大厦为天津标志性建筑之一，如图 1.1（b）所示，位于天津市和平区南京路和徐州路交汇处，于 1996 年 12 月建成，总建筑面积