设置钢桁架转换层的框架—核心筒结构的弹性抗震性能分析

论文摘要

为了争取建筑物有较大空间、满足建筑体型多变性等功能要求,带转换层结构或设置转换构件越来越多地应用在结构设计中。设置钢桁架转换层的结构是一种竖向不规则的复杂高层建筑结构,它具有传力明确、传力途径清晰等优点,但构造和施工复杂,地震作用下可能会造成结构的软弱层和薄弱层,对抗震不利。本文的主要内容是研究钢桁架转换结构形式,文章安排如下：(1).建立二维的钢桁架转换层模型,并用有限元软件SAP2000进行分析,比较单层和叠层钢桁架转换层在竖向荷载作用下的静力性能,得出单层和叠层钢桁架的最优形式；通过改变钢桁架转换层上部结构的刚度和下部结构的刚度,分析了钢桁架在这两类刚度改变的情况下,对钢桁架转换层受力的影响；(2).为保证带转换层的高层建筑结构有合适的等效侧向刚度比,应使转换层上、下部主体结构刚度及变形特征尽量接近,尽量强化下部结构刚度、弱化上部结构刚度；(3).建立一栋带钢桁架的外钢框架一内混凝土核心筒的16层高的模型,采用SAP2000有限元软件,分析了其基本动力特性,包括自振周期、振型、振型参与系数、振型质量参与系数等；通过反应谱和时程分析,分析其在多遇地震作用下的地震反应,比较了其层位移、层间位移、层间位移角以及层剪力、层间剪力等方面的性能差异；最后研究了钢桁架转换层的杆件在时程波作用下的轴力；(4).建立三个模型,分别将钢桁架转换层设置在第三层、第六层、第九层,分析这三个模型的基本动力特性和抗震性能,对比这三个模型的周期、振型、层位移、层间位移和层间位移角以及剪力等方面的性能差异。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 转换层结构的研究现状
• 1.3 转换层的主要类型
• 1.4 转换层结构的发展趋势及研究中存在的问题
• 1.4.1 发展趋势
• 1.4.2 目前对桁架转化层结构研究存在的问题
• 1.5 本文的研究目的及主要内容
• 第二章 钢桁架转换层在竖向荷载作用下的静力性能分析
• 2.1 桁架转换层的设计原则
• 2.1.1 桁架转换层的主要类型
• 2.1.2 桁架转换层的结构布置
• 2.2 设置转换层的框筒结构
• 2.3 转换层结构的上部、下部的等效侧向刚度
• 2.4 桁架转换层结构的受力性能分析
• 2.4.1 单层与叠层钢桁架转换层受力性能比较
• 2.4.2 上部框架结构对桁架转换层的影响
• 2.4.2.1 上部框架结构的刚度变化对桁架转换层受力的影响
• 2.4.2.2 上部框架结构层数的选取对桁架转换层受力的影响
• 2.4.3 下部框架结构对桁架转换层的影响
• 2.4.3.1 下部框架柱的刚度变化对桁架转换层受力的影响
• 2.4.3.2 支承结构高度的选取对桁架转换层受力的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 设置钢桁架转换层的框架-核心筒结构的弹性抗震性能分析
• 3.1 计算模型的建立
• 3.1.1 工程概况
• 3.1.2 结构的有限元建模
• 3.1.2.1 模型简化
• 3.1.2.2 模型单元的选择
• 3.1.2.3 楼层的活荷载取值
• 3.1.2.4 阻尼的选取
• 3.1.2.5 地震波的选取
• 3.2 结构基本动力特性分析
• 3.2.1 模态分析理论
• 3.2.2 结构自振周期及振型
• 3.2.3 振型参与系数
• 3.2.4 等效侧向刚度
• 3.3 反应谱法分析
• 3.3.1 底部剪力法
• 3.3.2 反应谱法
• 3.3.3 反应谱分析特征
• 3.4 弹性时程分析
• 3.4.1 时程波的选取
• 3.4.2 弹性时程分析位移、位移角对比
• 3.4.3 反应谱分析与弹性时程分析对比
• 3.5 地震波作用对桁架转换层杆件的轴力的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 钢桁架转换层设置位置的变化对框架-核心筒结构的抗震性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 建立模型
• 4.3 钢桁架转换层设置高度的不同对结构动力特性的影响
• 4.3.1 对自振周期的影响
• 4.3.2 对振型的影响
• 4.3.3 对振型参与系数的影响
• 4.3.4 等效侧向刚度
• 4.4 钢桁架转换层设置高度的不同对结构位移的影响
• 4.5 钢桁架转换层设置高度的不同对结构层剪力的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位时期参与科研项目