高层建筑连体结构是复杂高层建筑结构的一种,连体建筑通过空中连廊将2个或多个塔楼连接,且2个塔楼间可设1道或多道连廊,使建筑造型更加丰富,提供塔楼间空中通道,或创造高空休闲空间,故连体建筑之运用日增。但连体建筑的结构特性和风荷载取值,异于单栋塔楼,和大底盘上多塔楼也有区别,需深入研究并揭示其抗震受力机理和风荷载取值规律。因国内外对刚性连接连体结构的水平地震作用已有广泛研究,本文着重研究柔性连接连体结构水平地震作用,连体结构竖向地震作用和连体结构的风荷载。 柔性连接连体结构是用带阻尼的滑动支座支承连体在左、右塔上。准确预测地震作用下连体支座相对位移(即连体与塔楼之间的相对位移),防止其大于连体支座位移限值,导致连体塌落,是结构设计关键问题。将双塔、连体各设为单自由度,建立3DOF方程,在频域进行参数分析,讨论塔楼位移和连体支座相对位移的传递函数和均方值。参数变量包括左塔、右塔自振频率和连体分别在左、右支座约束下的频率,连体对左塔的质量比、右塔对左塔的质量比,左塔、右塔和连体支座的阻尼比。输入的地面激励包括白噪声、修正的金井清谱。分析表明,对称双塔情况下,控制连体支座相对位移,首先需使连体自振频率(连体在两个支座约束下的频率)与塔楼自振频率错开,避免共振,其次需增加连体支座的阻尼比以提高连体支座相对位移鲁棒性,增加连体对塔楼的质量比也可减小相对位移；不对称双塔情况,为了减小连体支座相对位移,同样需使连体自振频率(连体在两个不同刚度共同约束下的频率)分别避开左、右塔楼的共振频域,增加连体支座的阻尼比和连体对塔楼的质量比。由于不对称双塔位移幅值和振动频率都存在差异,通常位移大的塔楼(例如：左塔)驱动连体,使连体支座相对位移最大值出现在位移较小的塔楼(例如：右塔)上。通过减小左塔上支座刚度,增加右塔上支座刚度,可以使连体两个支座位移趋向均匀。增加任意一个连体支座的阻尼比,可同时减小两边支座相对位移。利用振动台模拟了柔性连接双塔连体结构,包括不同支座刚度的对称塔楼和不对称塔楼情形。振动台试验结果验证了上述关于频率的结论,并且揭示在地震波第1个脉冲到达时,连体若未被激励,也可产生最大相对位移,故需提高连体支座刚度和阻尼比以适应非平稳振动输入的情况。 由于连体结构的特点,现行规范对多高层建筑按照重力荷载代表值比例分配竖向地震作用和对大跨度桁架按重力荷载代表值乘竖向地震作用系数的方法均不适用该类结构。由于规范没有给出竖向地震反应谱,本文首先统计了随机抽取的54条地震记录的频谱和峰值特点,揭示谱比不是均值,且卓越周期主要分布在0.20～0.30s。然后设计若干组算例,变量为塔楼高度和连体跨度,利用实际竖向地震记录,分析了塔楼顶部和连体跨中加速度峰值的放大效应。将对称双塔楼合并为单自由度,连体也设为单自由度,建立2-DOF动力方程,白噪声作为竖向激励,在频域上作参数分析,参数变量为2个自由度之间的圆频率比、质量比和2个自由度的阻尼比。时程分析、频域分析和振动台试验揭示了如下规律：1)随塔楼高度增加,连体跨中加速度增加：2)当塔楼自振周期和连体自振周期接近,由于共振作用,连体加速度进一步放大。在张毅刚教授提出的桁架竖向地震实用公式基础上,提出考虑了连体结构的特点的放大效应修正系数,并用实际工程算例予以验证。通过风洞试验研究了截面为切角曲边三角形的连体双塔高层建筑的风荷载特性,并进行单塔试验比较。将风压沿截面进行积分求出沿坐标轴方向的合力,然后反算为沿坐标轴方向的整体体型系数。结果表明：风压沿高度变化不大,整体体型系数沿高度递减；单塔最大体型系数对应风向角比坐标轴偏15°；双塔连线方向(X向)上游塔体型系数略小于单塔体型系数,下游塔体型系数小于单塔的50％,垂直双塔连线方向(Y向)体型系数略小于单塔Y向,连体部分的体型系数Y向约为2.0,X向为零。认为上游塔对下游塔的遮挡作用使下游塔整体体型系数减少,下游塔减少上游塔尾流的速度和背面负压,也使上游塔整体体型系数略为减少,但是由于尾流的复杂化,上、下游塔局部风压比单塔有所增大。综合分析试验结果,提出了类似工程的风载体型系数取值建议。 基于风洞试验结果,考虑多模态组合,应用随机振动方法,计算了1个单塔和3个双塔算例。对比复杂体型连体建筑考虑沿风向角的基本振型和考虑多个振型的风致振动响应,由于振型之间耦合作用,仅考虑基本振型可能低估风振响应,导致不安全结果。产生连体结构最大风致响应的风向角和与产生最大平均风的风向角基本一致：风振效应对加速度的影响比对位移的影响大,且需要充分注意横风向加速度：位移的主导因素仍然是平均风,但也不应忽略风振效应；风振系数在复杂体型连体结构中意义不大,以等效位移荷载和峰值加速度衡量风振作用更为准确。