转换层及加强层对高层建筑作用机理分析

论文摘要

随着高层建筑的日益发展,建筑功能的多样化要求一般亦越来越高。高层建筑下部设置大空间的商场或娱乐场所,中部为办公用房,上部为小开间的公寓。为了实现这种结构布置,必须在建筑上、下部之间设置转换层。在高层建筑设计中,地震作用为主要作用,结构的侧向位移为控制因素；为了控制结构在地震作用下的侧向变形,一些专家学者提出通过设置水平加强层来减小结构侧向变形。但在地震作用下,设置水平加强层会引起结构刚度和内力的突变,容易形成薄弱层,对结构抗震不利。目前,对地震作用下同时设置转换层和加强层的复杂高层建筑结构的抗震性能研究甚少,《高规》中对此规定也较少。因此,有必要对其进行研究,以便提出对复杂高层建筑结构抗震设计有参考价值的建议。本文首先进行静力分析,然后采用振型分解反应谱法和时程分析法,运用中国建筑科学研究院开发的SATWE软件和有限元分析软件ANSYS,针对同时设置转换层和加强层的复杂高层建筑结构进行动力分析,具体内容如下：(1)建立有限元模型,对仅设置转换层和同时设置转换层和加强层的模型进行模态分析,得到各模型的自振周期和振型；(2)对各模型进行振型分解反应谱分析,得到其内力、位移随着结构参数变化的规律；(3)对各模型进行多遇地震作用下弹性时程分析,得到各模型的层间位移、层间位移角包络曲线图,分析其随结构模型改变而变化的规律。计算结果表明,增大转换梁的截面,转换梁内力增大；在地震作用下,地震反应力在三层转换层处突变现象更加明显；在结构不同位置设置加强层,加强层能够有效减小结构的层间位移和层间位移角,但是引起结构内力和位移的突变。在结构设计中要对此部位适当加强,以避免形成薄弱层,在地震中容易发生破坏。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 高层建筑的发展概况和发展趋势
• 1.1.1 国内外高层建筑的发展概况
• 1.1.2 高层建筑的发展趋势
• 1.2 带转换层的高层建筑发展与研究现状
• 1.2.1 带转换层的高层建筑发展现状
• 1.2.2 带转换层的高层建筑研究现状
• 1.3 带加强层的高层建筑发展与研究现状
• 1.3.1 带加强层的高层建筑发展现状
• 1.3.2 带加强层的高层建筑研究现状
• 1.4 带高位转换层和加强层的高层建筑研究存在的问题
• 1.4.1 带高位转换层的高层建筑研究存在的问题
• 1.4.2 带加强层的高层建筑研究存在的问题
• 1.5 本文的研究目的和内容
• 2 静力与动力分析的基本原理
• 2.1 有限单元法发展现状
• 2.2 有限单元法的基本原理
• 2.3 带转换层与加强层高层结构静力分析方法
• 2.3.1 连续化分析方法
• 2.3.2 最小势能原理
• 2.4 高层建筑结构的动力分析方法
• 2.4.1 模态分析
• 2.4.2 振型分解反应谱分析理论
• 2.4.3 结构的时程反应分析理论
• 3 结构计算模型的确定及结构的静力分析
• 3.1 结构计算模型的确定与结构计算程序SATWE介绍
• 3.1.1 结构计算模型的假定
• 3.1.2 结构计算模型
• 3.1.3 结构计算程序SATWE介绍
• 3.2 结构的静力分析结果
• 3.2.1 梁内力分析比较
• 3.2.2 柱内力分析比较
• 3.3 本章小结
• 4 振型分解反应谱分析
• 4.1 转换层和加强层对结构结构自振周期的影响
• 4.2 转换层和加强层对高层建筑结构振型的影响
• 4.3 转换层和加强层对高层建筑结构地震反应力的影响
• 4.4 转换层和加强层对高层建筑结构楼层地震剪力和弯矩的影响
• 4.5 转换层和加强层对高层建筑结构剪重比的影响
• 4.6 转换层和加强层对高层建筑结构最大楼层位移的影响
• 4.7 转换层和加强层对高层建筑结构地震层间位移角的影响
• 4.8 转换层和加强层对高层建筑结构层刚度比的影响
• 4.9 本章小结
• 5 带转换层和加强层的复杂高层建筑弹性时程分析
• 5.1 地震波的选取
• 5.2 计算方法的选取
• 5.3 El-centro波弹性时程分析
• 5.4 各个模型的楼层位移、层间位移角包络线分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本文的研究成果及主要结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录