钢结构加层在砼框架结构改造中的应用及抗震性能研究

论文摘要

由于重量轻、抗震性能好等优点,钢结构直接加层改造技术正越来越多的应用到工程实践中。现行抗震设计规范对加层改造后形成的混合结构体系无明确规定,而且国内的研究工作,主要以具体的工程实例为背景,存在一定的局限性。鉴于以上情况,本课题尽量克服由于结构类型与形式的差异带来的局限性,以钢结构直接在混凝土框架结构上加层改造实践中所遇到的问题为出发点,对67个不同参数的计算模型进行分析,寻找钢结构直接加层技术在混凝土框架结构加层改造中存在的共性和特点以供将来的设计者参考,主要的研究工作包括以下四部分:(1)柱脚处理方式对结构抗震性能的影响:根据其传递弯矩的能力,加层柱脚可以分为铰接柱脚、半刚接柱脚和刚接柱脚三种,半刚接柱脚能够更好的反应柱脚实际的工作性能,但是一些常用的结构设计软件不能够实现半刚接建模,设计中常采用理想的刚接模型和铰接模型。这种假定改变了结构上下刚度比,影响到结构的地震响应,为此本文分析了不同柱脚方式对结构抗震性能的影响。(2)有无侧移加层框架形式对结构抗震性能的影响:钢结构直接加层法形成的混合结构,由于结构形式的不同,在加层钢结构底层往往出现较大的层间位移角,无侧移框架加层的形式,在有效解决加层钢结构底层层间位移角过大的同时,改变了结构的动力特性和水平荷载的传递方式,进一步影响到结构地震反应,为此本文对不同加层形式下结构的地震反应进行了对比和研究。(3)加层层数对结构抗震性能的影响:结构加层层数的变化综合了质量和刚度对结构抗震性能的影响,随着加层层数的调整,下部混凝土结构的地震反应将发生变化。本文通过对比不同加层层数下结构的地震反应,寻找加层层数对结构抗震性能影响的一般规律。(4)阻尼比取值对结构抗震性能的影响:由钢结构直接加层技术在混凝土框架结构上加层改造形成的混合结构体系的阻尼比介于0.035～0.050之间,但现行设计规范并未涉及该结构体系阻尼比的具体取值问题,文中通过比较不同阻尼比下加层结构的地震反应,对结构设计中阻尼比取值问题进行了探讨。以上四方面初步研究可为钢结构直接加层这种新型的房屋改造形式在实际工程中的应用提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外加层技术的应用及研究现状
• 1.1.1 房屋加层与改造的必要性
• 1.1.2 房屋加层与改造的几种常见方案
• 1.1.3 直接加层结构体系
• 1.1.4 国内直接加层工程实例
• 1.1.5 国内结构加层技术研究现状
• 1.2 课题的背景与意义
• 1.2.1 钢结构直接加层改造的优越性
• 1.2.2 钢结构直接加层改造的可行性分析
• 1.2.3 研究中尚需解决的问题
• 1.3 本课题的主要工作及研究内容
• 第2章 抗震设计方法及本文研究内容
• 2.1 结构抗震设计方法
• 2.1.1 反应谱方法（拟动力分析法）
• 2.1.2 时程分析法（直接动力分析法）
• 2.2 计算模型的选取及模型简介
• 2.2.1 计算模型的选取
• 2.2.2 计算模型简介
• 第3章 阻尼变化对结构抗震性能的影响
• 3.1 阻尼问题的提出
• 3.2 不同常模态阻尼比对加层结构抗震性能的影响
• 3.2.1 不同常模态阻尼比对加层结构抗震性能的影响—4+2（有侧移）
• 3.2.2 不同常模态阻尼比对加层结构抗震性能的影响—4+2（无侧移）
• 3.2.3 不同常模态阻尼比对加层结构抗震性能的影响—10+2（有侧移）
• 3.3 瑞雷阻尼对加层结构抗震性能的影响
• 3.3.1 不同瑞雷阻尼下结构的地展反应—4+2有侧移
• 3.3.2 不同瑞雷阻尼下结构的地震反应—4+2无侧移
• 3.3.3 不同瑞雷阻尼下结构的地展反应—10+2有侧移
• 3.4 本章小结
• 第4章 柱脚刚度对结构抗震性能的影响
• 4.1 柱脚刚度问题的提出
• 4.2 振型分解法分析柱脚刚度对结构抗震性能的影响—表4.1第1、2项
• 4.2.1 结构模态分析
• 4.2.2 柱脚刚度—层地震作用（层剪力）
• 4.2.3 柱脚刚度—层位移及层间位移角
• 4.2.4 柱脚刚度—柱轴力
• 4.3 时程法分析柱脚刚度对结构抗震性能的影响—表4.1第3项
• 4.3.1 结构基本信息介绍
• 4.3.2 结构模态分析
• 4.3.3 时程分析地震波选取
• 4.3.4 柱脚刚度—层地震作用（层剪力）
• 4.3.5 柱脚刚度—层位移及层间位移角
• 4.4 本章小结
• 第5章 有无侧移加层框架形式对结构抗震性能的影响
• 5.1 有无侧移加层框架形式问题的提出
• 5.2 有无侧移加层框架形式对结构抗震性能的影响
• 5.2.1 结构模态分析
• 5.2.2 加层框架形式—层地震作用（层剪力）
• 5.2.3 加层框架形式—层位移及层间位移角
• 5.2.4 加层框架形式—柱轴力
• 5.3 本章小结
• 第6章 加层层数对结构抗震性能的影响
• 6.1 加层层数问题的提出
• 6.2 加层层数对结构抗震型能的影响
• 6.2.1 结构模态分析
• 6.2.2 加层层数—层地震作用（层剪力）
• 6.2.3 加层层数—层位移及层间位移角
• 6.2.4 加层层数—柱轴力
• 6.2.5 薄弱层对加层结构的影响
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 进一步研究的建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作
• 致谢