框架结构轻钢加层的地震反应与抗震设计研究

论文摘要

随着社会经济的发展,城市化进程在加速,建筑用地越来越紧张。建筑物的加层扩建已经成为一个趋势。目前在建筑物加层设计中,一般都是直接委托设计单位对加层结构进行单独的设计,设计人员大多是靠经验工作。这种新旧分离的设计方法,虽然能大大简化结构设计的过程,却造成了理论与实际的差异,有必要对其整体进行分析。本文从理论研究与工程应用两个方面,简要地介绍了有关加层结构的研究现状,分析了轻钢加层的优点及存在的问题,本论文的研究对相似建筑的加层改建具有一定的现实意义和参考价值。本文简要介绍了结构的抗震分析方法和有限元理论。利用ANSYS有限元软件采用三维空间有限元模型对日照岚山生化制品有限公司办公楼加层改造项目进行了分析。日照岚山生化制品有限公司办公楼为框架结构,拟进行轻钢加层扩建。本文首先对框架结构、门式刚架及加层后的整体结构进行了模态分析和谱分析。模态分析结果显示:框架结构的前两阶振型控制结构的最大地震反应。门式刚架的第一振型为纵向弯曲,二至四阶振型主要为屋顶竖向振动。考虑高振型的影响,建议加强对屋顶部分的构造处理以保证屋顶的整体刚度。整体结构的振型取决于原框架的振型。谱分析结果显示:加层门式刚架对框架结构的地震作用影响较小,设计时可根据具体情况充分利用原结构的承载潜力,并结合一定的构造措施来保证框架结构的安全。谱分析结果还表明:位于框架结构顶部的门式刚架的柱底剪力与柱顶位移大于直接置于地面时的结果,建议设计时适当增大门式刚架的柱底剪力。本文还运用底部剪力法计算了加层整体结构的层间剪力,验证了谱分析的计算结果。然后借鉴高层建筑上增设钢塔的阻尼比的计算方法,根据复阻尼理论推导出了轻钢加层整体结构阻尼比的计算公式。通过分析轻钢加层结构的鞭端效应,得出了加层结构的地震剪力增大系数计算公式。最后根据建筑结构常用的抗震鉴定和加固方法,结合日照岚山生化制品有限公司办公楼的改造项目,提出了该工程抗震鉴定应进行的工作,确定丁适合该框架结构办公楼门式刚架加层的加固改造方案和措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 加层结构的研究现状
• 1.2 轻钢加层的特点
• 1.3 课题研究的背景和意义
• 1.4 本文研究的内容及方法
• 2 结构分析方法及有限元理论
• 2.1 结构分析方法
• 2.2 有限元理论
• 2.3 本章小结
• 3 门式刚架加层的地震反应分析
• 3.1 结构动力分析模型
• 3.2 本文所采用模型
• 3.3 动力特性分析理论
• 3.4 结构动力特性分析
• 3.5 结构的反应谱分析
• 3.6 底部剪力法计算
• 3.7 整体结构阻尼比的计算
• 3.8 鞭端效应研究
• 3.9 本章小结
• 4 轻钢加层实例的抗震设计研究
• 4.1 框架结构加层的抗震鉴定
• 4.2 框架结构的抗震加固
• 4.3 本工程的鉴定与加固
• 4.4 框架柱与钢柱的连接
• 4.5 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 攻读硕士期间主要成果
• 参考文献