连体结构是指除裙楼以外，两个或两个以上塔楼之间带有连接体的结构。此种结构体系的特点就是由于连接体与塔楼的连接而形成较强的空间藕联作用，结构的动力特性、受力性能以及破坏形式比一般的高层结构更复杂。历次震害表明，连体结构连接体破坏严重，连接体本身塌落的情况较多，同时使主体结构中与连接体相连的部分结构严重破坏，尤其两个主体结构层数和刚度相差较大时，采用连体结构更为不利[1]。

连体高层结构具有多种分类方式，如果仅根据连接体的连接方式分类，可以分为刚性连接、铰接、滑动连接和弹性连接等连接方式[2]。当连接体结构刚度足够，能够协调两侧塔楼在竖向和水平荷载作用下产生的内力和变形，即可采用刚性连接或铰接连接的连接形式，连接体一般采用单层、叠层的普通桁架或空腹桁架等。当连接体刚度较弱，即使采用刚性连接也不能协调相邻塔楼的变形，此时可以采用滑动连接或者弹性连接，连接体一般采用梁式[3]。

最近，我们协助结构工程师，在项目方案设计阶段用SAUSAGE软件分析了某项目连接体在支座水平荷载作用下的极限承载力，为方案阶段确定合理的支座刚度和阻尼器最大出力提供了依据。

1结构概况

塔楼高度分别为180米和100米，在90米高度处两栋塔楼通过两层钢结构连接体相互连接，连接体跨度最大为30米。连接体结构采用H型钢梁，连桥宽度最小处仅3.2米。由于两栋塔楼动力特性相差较大，连接体为单层钢梁，刚度较弱，因此连接体采用一端刚性连接，一端弹性连接的形式。图1显示了连接体与一侧塔楼刚性连接情况。

2材料本构模型

SAUSAGE软件中的一维单元采用纤维单元，该单元基于 Timoshenko 梁理论, 可以考虑剪切变形刚度；连接体构件材料为钢材，对于一维的梁、柱和支撑构件，软件采用双线性随动强化模型（如图2所示），考虑包辛格效应，在循环过程中无刚度退化。分析中，钢材硬化段弹性模量折减系数取0.0175。

3连接体极限承载力分析方法

从图1可以看到，连桥比较薄，竖向刚度较小，跨度约30m，跨高比较大。如果支座刚度或者阻尼器出力较大，连接体很可能发生平面外的失稳破坏。在正常使用阶段恒、活荷载作用下，结构产生的竖向位移叠加连接体结构的初始缺陷，加剧了这种失稳破坏的出现。因此了解连接体在水平荷载下的极限承载力是必要的。

选取跨度最大的上层连桥进行分析，考虑在中、大震时连接体楼板可能开裂失效，在分析中偏安全的取消了混凝土楼板，仅将楼板自重作为荷载施加在连接体上进行分析。由于分析的目的是得到连接体的极限承载力，计算模型仅取连接体和与连接体相连的楼层进行分析。SAUSAGE计算模型如图3所示。

图3 SAUSAGE计算模型图

连接体结构的初始缺陷分布采用重力加载变形的方式，缺陷的最大计算值按连接体跨度的1/750采用[4]，如图4所示。

图4 连接体初始缺陷云图

分析中考虑了不同水平荷载作用方向对极限承载力的影响，分别沿着结构整体坐标X向、Y向和顺桥向方向施加荷载，如图5所示。

4主要计算结果

本结构在1.0恒荷载+0.5活荷载的初始竖向荷载作用下，分别施加不同方向水平可变荷载，进行考虑几何非线性、材料非线性和结构初始缺陷的静力非线性分析。主要计算结果如图6~13所示。

图6 水平荷载-位移全过程曲线

图7 轴向水平加载结构荷载-位移全过程动画

图8 Y向水平加载极限荷载时刻钢材塑性应变云图

图9 Y向水平加载极限荷载时刻钢材应变与屈服应变比值云图

图10 Y向水平加载极限荷载时刻结构竖向位移云图

图11 轴向水平加载极限荷载时刻钢材塑性应变云图

图12 轴向水平加载极限荷载时刻钢材应变与屈服应变比值云图

图13 轴向水平加载极限荷载时刻结构竖向位移云图

从计算结果可以看出：

（1）本项目连接体刚度较弱，在水平荷载作用下，结构可能发生平面外失稳或侧向倾覆；

（2）沿连接体轴向加载，极限承载力可以达到22000KN，连接体中部宽度较小部位钢材最先屈服，达到极限荷载时大部分构件仍未屈服；

（3）沿整体坐标Y向加载，连接体平面内为压弯构件，在压力和弯矩的共同作用下，连接体极限承载力下降很快，极限承载力仅为5000KN，连接体中部和与主楼连接部位钢材最先屈服，达到极限荷载时大部分构件仍未屈服；沿整体坐标X向加载，与Y沿整体坐标X向计算结果基本一致。

5结论

1）连接体是连体高层结构的重要组成部分，连接体结构形式较多，受力复杂，应进行专门研究；

2）对于竖向刚度较弱的连接体，在较大水平荷载作用下，可能发生出平面的失稳破坏；

3）通过考虑初始缺陷的双非线性分析可以帮助我们了解连接体失稳破坏与强度破坏的先后次序，使我们更清晰的了解结构的破坏过程和薄弱环节，并予以加强；

4）当连接体承载力较小时，可根据极限荷载分析结果确定支座和阻尼器参数，减小连接体内力，并进行整体建模分析验证，确保连接体和主体结构安全可靠。

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知识点：连体结构