某高层酒店树杈形转换结构的分析与设计

摘要

随着我国经济不断发展，建筑师为获得业主的青睐，往往从新颖的建筑造型入手，并结合业主的要求以尽可能体现建筑的多功能—即营造出外型独特而室内空间多变的建筑。这类建筑物根据不同的用途以及商业价值，沿建筑物竖向高度划分出不同的区段：底部用于商业、大空间的厅堂、停车库，上部为住宅或酒店客房，此类复杂高层建筑通常竖向传力构件不能上下连续，需要设置转换层，以达到上下过渡的要求。目前在工程中常用的转换形式主要有三种：梁式转换，厚板转换及桁架转换，这几种转换形式传力途径明确，理论成熟，在工程实践中也已有大量运用。 本文通过对某工程设计中使用独特的“树杈形”转换形式—由于受地形所限，为不影响首层车道的布置，建筑师提出在地下室采用单柱，在地面以上分支为两根斜柱，至三层楼面成为两直柱。因其外形犹如分权的树枝独特新颖，甲方对此造型也是情有独钟，但由于此种结构形式传力途径不直接且没有成熟的理论支持，对于结构设计无疑是个挑战。首先我们从力学角度考虑分析其可行性：分杈斜柱在上节点的斜向力分解为竖向力及水平力，竖向力与上柱平衡，对称设置的两分杈柱分解的水平力在受力平面内互相平衡；其次通过两种不同的计算软件研究此转换构件在多遇地震作用下弹性力学性能；另外研究讨论树杈形转换构件及节点的受力特点，确定合理的构造形式。 本文具体从以下几方面进行分析： 1)采用SATWE软件进行有限元(墙元)分析，并运用ETABS软件进行对比分析，对周期，位移，剪重比等动力特性进行比较，从宏观上把握其可行性。 2)比较主要转换构件的内力，对转换构件受力特点进行分析：a．对称布置的斜柱在平面内具有稳定性，连接两斜柱的水平梁抵抗斜柱分解的水平力。b．两斜柱斜率尽量小，用以减小水平力。c．采用框剪体系，用抗侧力刚度更大的剪力墙来抵抗平面内及平面外的水平力。 本文结合了国家规范的相关要求，名家的经验指点以及各位设计人员的多方研究分析，最终证明此方案的确实可行，也为日后的设计工作提供参考和借鉴。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1本文研究背景

1.2研究目标、研究内容及拟解决的关键问题

1.2.1工程概况及概念设计

1.2.2转换结构的主要形式

1.2.3采用SATWE程序计算结果

1.2.4采用ETABS程序计算结果

1.2.5树权形结构内力计算比较

1.2.6树权形转换结构的设计及构造

1.3拟采取的研究方法及技术路线

1.4本文的现实意义

第二章工程概况及概念设计

2.1工程概况

2.1.1工程特点

2.1.2安全等级及抗震设防

2.1.3风荷载

2.2结构方案的形成

2.3概念设计的重要性

2.3.1结构抗震承载力设计的基本原则

2.3.2概念设计基本运用原则

2.4概念设计在本工程具体运用

2.5剪力墙刚度的确定

2.5.1结构自振周期的基本计算方法

2.5.2地震作用

2.6本章小结

第三章转换结构的主要形式

3.1高层建筑功能综合化的优点

3.2常用的几种转换形式

3.2.1梁式转换的受力机理

3.2.2板式转换层

3.2.3箱式转换层

3.2.4桁架式转换层

3.2.5新型的结构转换一斜柱转换(类似于本文的树杈形)

3.3高层建筑转换层须注意的几个问题

3.3.1转换层上、下结构侧向合理刚度比

3.3.2转换层的抗震性能

3.3.3转换层结构的过渡受力问题

3.4本章小结

第四章采用SATWE计算结果

4.1结构计算总信息

4.2 SATWE程序分析模型

4.2.1梁、柱及支撑(斜柱)的分析模型

4.2.2剪力墙的分析模型

4.3计算结果正确性的判断

4.4计算模型的建立

4.5结构动力特性及变形分析计算结果

4.5.1拟静力法(振型分解反应谱法考虑扭转偶联)

4.5.2位移及内力计算

4.5.3结构稳定验算

4.5.4时程分析法

4.6本章小结

第五章运用ETABS计算结果

5.1 ETABS程序简介分析模型

5.2 ETABS程序中梁、柱、支撑及剪力墙的分析模型

5.3总体计算信息

5.4结构动力特性及变形

5.4.1结构自振周期

5.4.2结构位移及内力

5.4.3结构刚重比

5.4.4楼层抗剪承载力分析结果

5.4.5框架承担最小剪力

5.4.6框架承担地震抗倾覆力矩比

5.5本章小结

第六章树权形结构内力计算比较

6.1树权形转换构件截面

6.2树权形转换相关构件内力

6.2.1转换层部分构件内力包络图

6.2.2转换层部分构件内力汇总表

6.3转换构件附近应力图

6.4本章小结

第七章树权形转换结构的设计及构造

7.1类似树权形转换构件的实验模型[26]

7.2主要试验结果

7.3实验小结

7.4树杈形转换上弦杆主要计算理论

7.4.1基本假定

7.4.偏心受拉构件计算理论

7.5斜柱(支撑)计算理论

7.6为增加Y向刚度在1-⑨轴而设的框支转换梁计算理论

7.7材料要求

7.7.1钢筋

7.7.2混凝土

7.8树杈形转换结构的节点设计

7.9树杈形转换结构的施工

7.10本章小结

结 论

研究成果

展望

参考文献

攻读工程硕士学位相关工作基础成果

致谢