高層建筑屋頂鋼塔效應研究論文
摘 要：1工程概況 主塔寫字樓總高333m，主塔樓高245m，頂部設置高達88m的鋼結構電視發(fā)射塔，鋼結構發(fā)射塔樓的自身高度(包括避雷針)幾乎為總結構高度的1/3。本工程主塔寫字樓為混合結構，位于7度區(qū)，設計基本地震加速度為0．1g，設計地震分組為第一組。
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1工程概況
主塔寫字樓總高333m，主塔樓高245m，頂部設置高達88m的鋼結構電視發(fā)射塔，鋼結構發(fā)射塔樓的自身高度(包括避雷針)幾乎為總結構高度的1/3。本工程主塔寫字樓為混合結構，位于7度區(qū)，設計基本地震加速度為0．1g，設計地震分組為第一組。本建筑場地類別為Ⅲ類，阻尼比取值為0．04，建筑的主要平面及鋼塔立面圖如圖1，圖2所示。
2結構動力特性分析
本文采用ETABS軟件對結構進行分析。將計算出的自振周期與SATWE的結果進行比較，比較結果見表1。從表1中可以看出，兩種軟件計算出的自振模態(tài)幾乎一致，由此初步判定模型的模態(tài)分析結果準確、可靠。本文通過分別減小主樓的高度和發(fā)射塔的高度來改變主樓與發(fā)射塔的剛度及剛度比，分別選取了10種高度組合：
1)主樓高度降低33．2m，發(fā)射塔塔高不變;
2)主樓高度降低61．05m，發(fā)射塔塔高不變;
3)主樓高度降低61．05m，發(fā)射塔塔高不變(雖然降低高度同第2)種，但主樓剛度要比第2)種降低方式的'主樓剛度大);
4)主樓高度降低102．55m，發(fā)射塔塔高不變;5)主樓高度不變，發(fā)射塔塔高降低24．5m;
6)主樓高度不變，發(fā)射塔塔高降低30．5m;
7)主樓高度不變，發(fā)射塔塔高降低37．5m;
8)主樓高度不變，發(fā)射塔塔高降低38m;
9)主樓高度不變，發(fā)射塔塔高降低45m;
10)主樓高度不變，發(fā)射塔塔高降低51．5m。
其中5)～10)降低塔高的發(fā)射塔軸測圖見圖3。在各地震參數(shù)、荷載選取均相同的情況下，分別計算整體結構、主樓結構和發(fā)射塔結構的塔腳內(nèi)力和塔頂位移，計算結果見表2，表3。表2，表3中的樓塔周期比及樓塔高度比是指主樓(不帶發(fā)射塔)與發(fā)射塔的周期比，根據(jù)表格繪制曲線，見圖4。從圖4可以看出:當主樓和發(fā)射塔周期比較接近時，地震力放大系數(shù)最大，為7．748，而樓塔周期比達到1．9以上時，隨著樓塔周期比的增加，地震力放大系數(shù)在5附近上下波動并逐漸減小，當樓塔周期比達到19．365時，其地震力放大系數(shù)為3．59。當主樓周期和發(fā)射塔周期比較接近或者主樓剛度和發(fā)射塔剛度比相差懸殊時，塔頂?shù)奈灰品糯笙禂?shù)均會變大，當周期比為1．227時，位移放大系數(shù)為8．596，當周期比為19．365時，位移放大系數(shù)為10．652，而當周期比在1．9～9之間時，位移放大系數(shù)均在5附近上下波動，最大為5．235，最小為4．188。由此可見，在地震作用下，發(fā)射塔產(chǎn)生了較明顯的鞭梢作用，在設計計算時，要充分考慮這一作用，進行整體剛度的控制及塔腳節(jié)點的驗算。
3結語
本文通過ETABS對不同剛度主樓與不同剛度發(fā)射塔組合下的整體塔腳內(nèi)力及塔頂位移與單塔塔腳內(nèi)力及塔頂位移進行了比較，得出了以下主要結論:
1)當主樓與發(fā)射塔周期比較接近時，兩者發(fā)生共振，地震力放大系數(shù)較大，在設計中要盡量避免產(chǎn)生這種情況;
2)對于這一工程，當主樓與發(fā)射塔周期比大于1．9時，地震力放大系數(shù)在5附近上下波動并隨著周期比的增加逐漸減小。在設計中將塔體與主結構分離，直接按規(guī)范中規(guī)定的3倍的地震力加在發(fā)射塔和主結構上是不合理的，應按實際情況進行建模分析;
3)當主樓與發(fā)射塔周期比較接近或比較懸殊時，位移放大系數(shù)較大，在設計中應盡量避免;4)當主樓與發(fā)射塔周期在1．9～9之間時，位移放大系數(shù)在5附近上下波動。通過比較分析，對于這類在主結構頂部建設高聳結構的工程，在地震作用下容易產(chǎn)生鞭梢效應，不管是控制其剛度還是驗算其塔腳內(nèi)力及塔體桿件應力都應將其和主體結構合在一起進行分析，考慮實際的地震力放大系數(shù)和位移放大系數(shù)，應盡量避免主體結構和頂部高聳結構周期接近或相差懸殊。
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