掉层结构层刚度计算方法及弹塑性抗震性能研究

论文摘要

山地建筑结构因地势高差的影响,往往出现同一栋建筑底部约束处的标高存在较大差异的情况,掉层结构特指同一栋建筑的底界面放置在不同标高的场地基面上,并且最高接地点以下按层高设置楼面的接地结构。该类结构形式抗侧构件的抗侧能力在竖向与层内均存在较为明显的不规则性,使得其结构性能有别于一般的结构体系。本文以掉层结构为研究对象,首先以单跨底部不等高约束框架为起点,运用力学方法推导该类结构抗侧构件的刚度表达式,并分析其影响因素和特性;然后依据等代后刚度相等的原则,将掉层结构转化为底部不等高约束的结构,并提出其底部刚度的计算方法;最后基于有限元分析软件对其进行静力弹塑性分析,研究其在水平作用下的弹塑性抗震性能。研究得到的主要结论有:①山地建筑底部由于底部的不等高约束,底部柱端转角会产生较大的差异,采用常规结构计算构件抗侧刚度的D值法会造成较大的误差。本文基于单跨底部不等高约束框架的理论推导,提出了考虑柱端转角影响的底部不等高约束框架的底部抗侧刚度的计算方法,并通过算例验证了其有效性。②掉层结构受底部不等高约束的影响,结构底部的抗侧刚度的分布存在着沿竖向和水平都不均匀的情况,与常规结构相比,其抗震性能更加不利。③增大掉层结构的底部层间刚度比有利于结构上部构件的变形耗能能力的发挥,同时也有利于避免结构的底部成为较明显的软弱层,因此,控制底部层间刚度比是掉层结构设计的关键因素之一。④掉层结构坎上接地构件的刚度相对较强而变形能力相对较弱,适当地提高这些部位的强度可以提高其弹性承载能力和变形能力,并有效地削弱结构的弹塑性变形在薄弱部位的过分集中,使结构中的更多构件能够进入弹塑性状态,提高结构整体的变形、耗能能力,对改善结构整体的抗震性能有利。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 研究历史和现状
• 1.2.1 掉层结构简介
• 1.2.2 国内外对该领域的探索及研究现状
• 1.3 本文研究目标与内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 2 掉层式山地建筑结构概述及分析方法确定
• 2.1 掉层式山地建筑概述
• 2.1.1 山地建筑特有的接地形态
• 2.1.2 掉层式山地建筑在汶川地震中的震害分析
• 2.2 抗侧刚度的定义与计算方法
• 2.2.1 规范中对抗震结构楼层抗侧刚度的定义及要求
• 2.2.2 常用的构件抗侧刚度的计算方法
• 2.2.3 规范中的计算方法在山地建筑中运用中遇到的问题
• 2.3 本论文的研究思路与手段
• 2.3.1 研究思路
• 2.3.2 研究手段
• 3 单跨底部不等高约束框架刚度特性研究
• 3.1 模型说明与基本假定
• 3.2 单跨底部不等高约束框架刚度特性规律的理论推导
• 3.2.1 水平作用下框架侧移 Δ 的推导
• 3.2.2 水平作用下框架剪力分配规律的推导
• 3.2.3 公式成立的条件
• 3.2.4 影响因素的分析
• 3.2.5 算例分析
• 3.3 规律探讨
• 3.3.1 柱端转角形成的剪力在总剪力中所占份额
• 3.3.2 忽略柱端转角对整体结构的影响
• 3.4 小结
• 4 掉层式框架结构底部抗侧刚度计算方法研究
• 4.1 掉层结构底部抗侧刚度综述
• 4.1.1 掉层结构问题分析
• 4.1.2 本章的研究思路说明
• 4.2 掉层框架结构底部刚度的计算方法
• 4.2.1 掉层结构底部等代高度的计算方法
• 4.2.2 等代后的掉层框架结构底部刚度的计算方法
• 4.2.3 算例分析
• 4.3 小结
• 5 掉层式框架结构弹塑性抗震性能研究
• 5.1 结构的弹塑性抗震性能综述
• 5.1.1 关于抗侧刚度的规范规定及掉层结构存在的问题
• 5.1.2 分析方法及控制指标说明
• 5.2 算例设计与分析
• 5.2.1 算例设计
• 5.2.2 算例结果及规律总结
• 5.3 小结
• 6 结束语
• 6.1 主要的研究工作及结论
• 6.2 存在的问题及后续工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录