高層建筑結構的體系判別、合理剛度及扭轉計算研究.pdf

1、隨著經濟技術的發(fā)展，高層建筑的發(fā)展速度日益迅猛，建筑高度不斷增加，建筑功能愈加復雜，結構體系更加多樣化。各種結構體系都有其典型的受力特征及相應的計算方法，具體設計中關心的問題也各有側重，有必要定量分析結構體系界限判別參數的臨界值。實際工程中，我們往往希望在既有的材料用量基礎上獲得最大的結構剛度，最好的受力性能，這就涉及到結構合理剛度與構件合理布置問題。同時當高層建筑結構平面布置或剪力墻的設置較復雜且不對稱時，結構不僅有平移，還會有繞剛度

2、中心的扭轉，震害分析表明，扭轉是一個很重要的致壞因素。論文在高層建筑結構體系判別、合理剛度及扭轉計算等幾個關鍵問題上進行了以下具體研究： 1．首次定量提出了框筒結構與框架的判別準則。通過令框筒和框架兩種結構體系的頂點側移相等的方法來尋求結構判別的臨界跨高比，當結構跨高比超過該臨界值時，按框架結構計算較為合理：否則，可認為結構屬于框筒結構。 2．巨型框架結構為明顯的兩級受力體系，主、次框架抗側剛度比影響巨型框架結構受力性能

3、的主要指標。選取相鄰兩主框架梁間部分框架為分析單元，根據位移分量法計算其抗側剛度，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次框架層數n、跨數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，運用優(yōu)化原理尋求框架結構等效抗側剛度的最大值，此時框架

4、結構梁柱線剛度比即為合理，進而可確定梁柱的合理截面高度。有別于以往梁柱單獨進行截面估算，該方法首次綜合考慮框架梁柱線剛度對抗側剛度的影響，來進行構件的截面估算。 4．根據模型試驗數據確定各變形階段框架的實際抗側剛度，采用框架抗推剛度退化系數對框架各樓層抗推剛度進行修正，再引入周期、剪力與側移修正系數對彈性階段的結構受力性能予以修正，提出一種考慮剛度退化時框架結構的計算方法，并給出具體計算步驟。該法概念清晰，簡單適用，能為現行規(guī)范

5、的補充與完善提供參考。按此法計算優(yōu)化前后的框架結構側移同樣表明，采用合理梁柱線剛度比可獲得最大的抗側剛度。 5．以結構協同工作的連續(xù)化分析及我國現行抗震設計規(guī)范反應譜理論為出發(fā)點建立優(yōu)化模型，即以結構地震作用為目標函數，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，結構地震作用最小時的剪力墻數量即為合理。 該模型能反映出結構高度、結構重量、抗震等級、場地類別和設計分組等因素對剪力墻合理數量的影響。 6．從結構協

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剛接體系的變形協調微分方程，按照我國現行規(guī)范推導了滿足層間側移角限值的抗震剪力墻合理剛度的計算公式，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量的影響。 7．在保證材料用量不變的情況下，改變框-剪結構中剪力墻布置位置，對比分析了結構自振周期、結構側移、層剛度比與剪重比，探討了剪力墻布置時應注意的問題。 8．借鑒框-剪結構分析方法，基于協同工作原理，

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構變形曲線方程。再將混合結構視為連續(xù)彈性無限自由度結構，建立自由振動微分方程，推導了混合結構的自振周期公式。通過圖表分析了與剛度特征值有關的自振周期系數中各參數的影響。 9．借鑒框-剪結構中剪力墻的合理剛度計算，充分考慮到混合結構的四個特點，可以計算混合結構中剪力墻的合理剛度。在考慮每個特點時的迭代

8、計算過程中，需要對剛度特征值及其函數進行修正。 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達到最小，以便充分發(fā)揮框筒結構的空間整體性能，進而確定梁柱的合理截面高度及合理開洞率。 11．將結構位移分解成平動與轉動成分，得到相應的結構平動時構件所承擔的剪力與結構轉動時構件所承擔的剪力，根據力的平衡條件，推導出雙向地震作用下考慮構件抗扭剛度時結構的線彈性扭轉角，并對構件的剪力及變形進行了修正。該方法首次將構件抗扭剛