桁架转换层受力性能研究

论文摘要

带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,其传力途径明确,但由于构造和施工复杂,实际工程应用并不是很多,实验研究也相对较少,尤其是地震作用下的分析远没有普通高层建筑结构成熟,且现行规范对此类的抗震设计也存在一定的局限性。为此,本文在国内外学者分析研究的基础上,深入研究了带桁架转换层的高层建筑结构的力学性能。论文介绍了桁架转换层结构的基本概念和设计原则。针对某工程实例,对转换层及其下部五层,上部十层的结构,用SAP2000建立三维有限元模型,进行结构动力分析,分析结果表明,设置桁架转换层,结构的受力性能符合规范要求;除了低阶振型为主要地震作用的控制因素外,高阶振型对结构的地震作用也有较大贡献,进行结构设计时不能忽略。对带桁架转换层和带型钢混凝土梁式转换的建筑结构进行了总结分析。分析结果表明,桁架转换结构的总体位移、层间位移都比梁式转换大;在桁架转换层所在层,层间位移和弯矩、剪力的突变程度,都比梁式转换大。论文还讨论了随着桁架转换层设置高度的不同,自振周期、振型、层间位移、层间位移角、结构的剪力和层间剪力等方面性能的变化;结果表明,桁架转换层的设置高度变化对整体结构自振周期、主振型及其振型参与系数的影响较小;随着桁架转换层设置高度不同,桁架转换层所在层的层位移均比不设桁架转换层小,且桁架转换层所在层的层间位移最小;即转换层越高,层间位移角突变越剧烈。且地震作用力随转换层的设置高度升高而增大。以实际工程为原型,分别将单层空腹桁架、叠层空腹桁架、混合式桁架、斜腹杆桁架设置在结构的同一层,建立四个模型,对比分析各种桁架形式的受力性能。结果表明,混合式桁架转换层和斜腹杆桁架转换层,从转换层所在层开始,层位移有明显变小的趋势,在转换层附近层间位移突变较大;并且在相同荷载作用下,斜腹杆桁架转换层结构的层位移最小。混合式桁架结构的层间剪力最大,斜腹杆桁架层间剪力最小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 转换层结构的研究现状
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 转换层的概念
• 1.1.3 转换层的提出
• 1.1.4 转换层的结构类型
• 1.1.5 转换层设置高度
• 1.1.6 转换层在高层建筑中的布置原则
• 1.2 问题的提出
• 2 桁架转换层结构设计
• 2.1 桁架转换层的形式
• 2.2 转换层的设计原则
• 2.2.1 转换层的一般设计原则
• 2.2.2 带桁架转换层高层建筑的设计原则
• 2.3 转换层上、下结构侧向刚度比的合理取值
• 2.3.1 转换层上、下层剪切刚度比
• 2.3.2 带转换层高层建筑等效侧向刚度比
• 3 桁架转换层的抗震性能分析
• 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
• 3.2 模态分析
• 3.2.1 模态分析的基本原理
• 3.2.2 结构自振周期
• 3.2.3 结构振型参与系数
• 3.3 结论
• 4 转换形式对整体结构的影响
• 4.1 SAP2000 分析模型
• 4.1.1 模型一：转换构件采用型钢混凝土梁
• 4.1.2 模型二：转换构件采用钢桁架
• 4.2 楼层刚度
• 4.2.1 楼层刚度定义
• 4.2.2 层抗剪刚度
• 4.2.3 按楼层剪力和层间位移计算楼层刚度
• 4.2.4 转换形式对结构侧向刚度的影响
• 4.3 梁式转换层设计
• 4.3.1 规范关于转换层楼板设计的有关规定
• 4.3.2 梁式转换层的设计理论
• 4.4 转换形式对结构周期和振型的影响
• 4.5 转换形式对转换层附近构件位移和内力的影响
• 4.5.1 转换形式对转换层附近构件位移的影响
• 4.5.2 转换形式对转换层附近构件内力的影响
• 4.6 结论
• 5 转换层的设置高度不同对结构整体的影响
• 5.1 SAP2000 分析模型
• 5.2 各模型等效侧向刚度比计算
• 5.3 桁架转换层设置高度不同对结构动力特性的影响
• 5.3.1 对自振周期的影响
• 5.3.2 对振型参与系数的影响
• 5.4 桁架转换层设置高度不同对结构位移的影响
• 5.5 桁架转换层设置高度不同对地震作用下结构总剪力的影响
• 5.6 本章小结
• 6 不同形式的桁架转换层对结构受力性能影响
• 6.1 空腹桁架转换结构
• 6.1.1 空腹桁架转换结构的形式
• 6.1.2 空腹桁架转换结构的设计原则
• 6.2 SAP2000 分析模型
• 6.3 不同桁架转换形式对结构位移的影响
• 6.4 不同桁架转换形式对结构内力的影响
• 6.5 小结
• 7 结论
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录