高層建筑結(jié)構(gòu)的體系判別、合理剛度及扭轉(zhuǎn)計(jì)算研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，高層建筑的發(fā)展速度日益迅猛，建筑高度不斷增加，建筑功能愈加復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系更加多樣化。各種結(jié)構(gòu)體系都有其典型的受力特征及相應(yīng)的計(jì)算方法，具體設(shè)計(jì)中關(guān)心的問題也各有側(cè)重，有必要定量分析結(jié)構(gòu)體系界限判別參數(shù)的臨界值。實(shí)際工程中，我們往往希望在既有的材料用量基礎(chǔ)上獲得最大的結(jié)構(gòu)剛度，最好的受力性能，這就涉及到結(jié)構(gòu)合理剛度與構(gòu)件合理布置問題。同時(shí)當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)平面布置或剪力墻的設(shè)置較復(fù)雜且不對稱時(shí)，結(jié)構(gòu)不僅有平移，還會(huì)有繞剛度

2、中心的扭轉(zhuǎn)，震害分析表明，扭轉(zhuǎn)是一個(gè)很重要的致壞因素。論文在高層建筑結(jié)構(gòu)體系判別、合理剛度及扭轉(zhuǎn)計(jì)算等幾個(gè)關(guān)鍵問題上進(jìn)行了以下具體研究： 1．首次定量提出了框筒結(jié)構(gòu)與框架的判別準(zhǔn)則。通過令框筒和框架兩種結(jié)構(gòu)體系的頂點(diǎn)側(cè)移相等的方法來尋求結(jié)構(gòu)判別的臨界跨高比，當(dāng)結(jié)構(gòu)跨高比超過該臨界值時(shí)，按框架結(jié)構(gòu)計(jì)算較為合理：否則，可認(rèn)為結(jié)構(gòu)屬于框筒結(jié)構(gòu)。 2．巨型框架結(jié)構(gòu)為明顯的兩級受力體系，主、次框架抗側(cè)剛度比影響巨型框架結(jié)構(gòu)受力性能

3、的主要指標(biāo)。選取相鄰兩主框架梁間部分框架為分析單元，根據(jù)位移分量法計(jì)算其抗側(cè)剛度，通過從探討巨型框架中主、次框架柱線剛度比α的合理范圍入手，提出了巨型框架與普通框架地判別準(zhǔn)則。該方法直接以巨型框架為研究對象，能反映出分析單元內(nèi)次框架層數(shù)n、跨數(shù)m、次框架梁柱線剛度比i<,次>、主次框架梁柱線剛度比i<,主>的影響，且簡單適用，可做成圖表。 3．在保證梁柱材料總量相等的情況下，運(yùn)用優(yōu)化原理尋求框架結(jié)構(gòu)等效抗側(cè)剛度的最大值，此時(shí)框架

4、結(jié)構(gòu)梁柱線剛度比即為合理，進(jìn)而可確定梁柱的合理截面高度。有別于以往梁柱單獨(dú)進(jìn)行截面估算，該方法首次綜合考慮框架梁柱線剛度對抗側(cè)剛度的影響，來進(jìn)行構(gòu)件的截面估算。 4．根據(jù)模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定各變形階段框架的實(shí)際抗側(cè)剛度，采用框架抗推剛度退化系數(shù)對框架各樓層抗推剛度進(jìn)行修正，再引入周期、剪力與側(cè)移修正系數(shù)對彈性階段的結(jié)構(gòu)受力性能予以修正，提出一種考慮剛度退化時(shí)框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法，并給出具體計(jì)算步驟。該法概念清晰，簡單適用，能為現(xiàn)行規(guī)范

5、的補(bǔ)充與完善提供參考。按此法計(jì)算優(yōu)化前后的框架結(jié)構(gòu)側(cè)移同樣表明，采用合理梁柱線剛度比可獲得最大的抗側(cè)剛度。 5．以結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的連續(xù)化分析及我國現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范反應(yīng)譜理論為出發(fā)點(diǎn)建立優(yōu)化模型，即以結(jié)構(gòu)地震作用為目標(biāo)函數(shù)，最大層間位移角為約束條件，在滿足層間位移角限值的條件下，結(jié)構(gòu)地震作用最小時(shí)的剪力墻數(shù)量即為合理。 該模型能反映出結(jié)構(gòu)高度、結(jié)構(gòu)重量、抗震等級、場地類別和設(shè)計(jì)分組等因素對剪力墻合理數(shù)量的影響。 6．從結(jié)構(gòu)協(xié)

6、同工作的連續(xù)化分析原理出發(fā)，建立了水平荷載作用下考慮墻肢剪切變形時(shí)剛接體系的變形協(xié)調(diào)微分方程，按照我國現(xiàn)行規(guī)范推導(dǎo)了滿足層間側(cè)移角限值的抗震剪力墻合理剛度的計(jì)算公式，探討了連梁端部連接形式與墻肢剪切變形對剪力墻合理數(shù)量的影響。 7．在保證材料用量不變的情況下，改變框-剪結(jié)構(gòu)中剪力墻布置位置，對比分析了結(jié)構(gòu)自振周期、結(jié)構(gòu)側(cè)移、層剛度比與剪重比，探討了剪力墻布置時(shí)應(yīng)注意的問題。 8．借鑒框-剪結(jié)構(gòu)分析方法，基于協(xié)同工作原理，

7、考慮混凝土梁與核心筒間剛域、混凝土核心筒的剪切變形、鋼框架的軸向變形以及鋼柱與混凝土梁的半剛性連接的影響，建立了含剛度特征值的混合結(jié)構(gòu)變形曲線方程。再將混合結(jié)構(gòu)視為連續(xù)彈性無限自由度結(jié)構(gòu)，建立自由振動(dòng)微分方程，推導(dǎo)了混合結(jié)構(gòu)的自振周期公式。通過圖表分析了與剛度特征值有關(guān)的自振周期系數(shù)中各參數(shù)的影響。 9．借鑒框-剪結(jié)構(gòu)中剪力墻的合理剛度計(jì)算，充分考慮到混合結(jié)構(gòu)的四個(gè)特點(diǎn)，可以計(jì)算混合結(jié)構(gòu)中剪力墻的合理剛度。在考慮每個(gè)特點(diǎn)時(shí)的迭代

8、計(jì)算過程中，需要對剛度特征值及其函數(shù)進(jìn)行修正。 10．利用優(yōu)化原理，尋求梁柱的合理跨高比使得剪力滯效應(yīng)達(dá)到最小，以便充分發(fā)揮框筒結(jié)構(gòu)的空間整體性能，進(jìn)而確定梁柱的合理截面高度及合理開洞率。 11．將結(jié)構(gòu)位移分解成平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)成分，得到相應(yīng)的結(jié)構(gòu)平動(dòng)時(shí)構(gòu)件所承擔(dān)的剪力與結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)構(gòu)件所承擔(dān)的剪力，根據(jù)力的平衡條件，推導(dǎo)出雙向地震作用下考慮構(gòu)件抗扭剛度時(shí)結(jié)構(gòu)的線彈性扭轉(zhuǎn)角，并對構(gòu)件的剪力及變形進(jìn)行了修正。該方法首次將構(gòu)件抗扭剛