不同结构形式的多层及小高层住宅抗震性能及经济性比较初探

摘要

随着人们对住宅平面与空间的要求越来越高，原来普通框架的露梁露柱，普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求了。而钢筋混凝土异型柱结构体系，采用T形、L形、十形截面柱代替传统的矩形截面柱，以轻质材料制作的框架填充墙代替自重较大的粘土砖填充墙；框架柱隐于墙内，避免了屋角柱楞突出对室内观瞻及占用空间的影响，同时，又具有框架结构布置灵活、易于分隔的优点，深受住户及房地产开发商的欢迎，是一种具有广阔发展前景的建筑结构体系。目前，钢筋混凝土异型柱结构体系缺乏震害实测资料和全面系统的抗震性能研究，需要深入研究。 本文结合某住宅楼工程，就抗震设防烈度为7度，建筑场地土类型为三类，通过与矩形柱分析比较方式，研究了异型柱纯框架结构、异型柱框架—剪力墙结构、短肢剪力墙结构及剪力墙结构，并通过计算其钢材及混凝土使用量，比较其经济性。 在水平地震作用下，并考虑风荷载组合，分别对“矩形柱纯框架结构”、“异型柱纯框架结构”、“短肢剪力墙”、“全剪力墙”、“异型柱框—剪结构”等五种结构体系，通过改变结构参数，运用空间有限元方法，进行地震作用计算。系统地分析研究“结构振型”、“振动周期”、“结构侧向刚度”、“结构地震反应力”、“楼层地震剪力”、“结构侧向位移”、以及“层间位移角”。结果表明： ①在等面积原则下，异型柱代换矩形柱后，结构刚度增大，侧向位移明显减少，地震反应力略有增加，框架柱轴压比最大增幅小于8﹪。 ②就本文算例，多层住宅，采用异型柱纯框架结构，主体结构造价同矩形柱纯框架结构相比，高21.1元/m2。 ③异型柱框—剪结构侧向刚度大、位移小，构件内力增大适中，是一种较理想的小高层结构体系。 ④就本文算例，小高层住宅分别采用矩形柱框-剪力墙结构、异型柱框-剪力墙结构、短肢剪力墙结构及全剪力墙结构，主体结构造价分别为：165.14元/m2、186.2元/m2、208.45元/m2、232.60元/m2。 ⑤在抗震设防烈度较高地区(7度)和抗震不利的建筑场地(三类场地)，采用异型柱结构体系时，应尽可能减轻结构自重，降低地震作用。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1工程意义

1.2研究现状分析

1.3本文研究的目的及内容

第二章 计算模型

2.1引言

2.2材料本构关系的假定

2.3有限元组合离散模型

2.3.1空间杆单元——梁元、柱元及杆元

2.3.2墙元——平板壳元

2.4结构的总刚度矩阵及整体平衡方程的求解

2.4.1结构的总刚度矩阵

2.4.2整体平衡方程的求解

2.4.3构件的内力计算

2.5建筑结构地震作用的计算模型

2.5.1引言

2.5.2杆系模型

2.5.3层模型

2.5.4杆系-层模型

2.6异型截面柱结构分析概要

2.7本章小结

第三章 建筑结构地震反应分析

3.1引言

3.2单质点振动体系的运动方程

3.3多自由度体系的线性地震反应分析

3.3.1结构体系模型化

3.3.2时域分析法

3.3.3振型叠加法

3.3.4振型分解反应谱理论

3.4结构非线性地震反应分析

3.5本章小结

第四章 异形柱纯框架结构抗震性能分析

4.1概述

4.1.1工程概况

4.1.2荷载计算

4.1.3结构抗震验算

4.2改变异型柱肢长肢厚比结构分析

4.2.1计算假定及参数选择

4.2.2结构振型与振动周期变化分析

4.2.3结构层间地震反应力、楼层剪力变化分析

4.2.4结构层间弹性位移角变化分析

4.3异型柱与等截面积矩型柱纯框架结构体系经济性比较

4.3.1矩形柱纯框架结构经济指标计算

4.3.2异型柱纯框架结构经济指标计算

4.3.3异型柱与矩形柱纯框架结构体系经济性比较

4.4本章小结

第五章 异型柱框-剪结构、矩形柱框-剪结构、短肢剪力墙结构、剪力墙结构抗震性能分析及经济性比较

5.1概述

5.2矩形柱框-剪、异型柱框-剪、短肢剪力墙及全剪力墙结构抗震性能比较分析

5.3矩形柱框-剪、异型柱框-剪、短肢剪力墙及全剪力墙结构经济性比较

5.3.1矩型柱框-剪力墙结构经济指标计算

5.3.2异型柱框-剪力墙结构经济指标计算

5.3.3短肢剪力墙结构经济指标计算

5.3.4全剪力墙结构经济指标计算

5.3.5四种结构体系经济性比较

5.4本章小结

附图

结论与建议

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致 谢