某高层建筑顶层大空间屋盖结构方案优化分析研究

摘要

本文以某项层大空间高层框架-剪力墙结构为工程背景，首先针对该工程设计方案中采用的屋盖形式进行进一步的选型和优化。同时，本文根据抗震设计规范和高层建筑混凝土结构技术规程的相关要求，对该结构进行了多遇地震下的弹性抗震性能和罕遇地震下的弹塑性抗震性能分析，为类似实际工程提供了依据。本文研究工作和研究成果如下: (1)对屋盖结构的进一步选型和优化。针对该工程的设计方案提出三种常用的屋盖形式:井字梁屋盖、网架屋盖、柱面网壳屋盖。采用振型分解反应谱法，利用SATWE和MIDAS/GEN进行建模分析，比较了井字梁正放和斜放时的受力性能，研究了网架以及不同矢跨比的网壳对大空间层柱内力的影响，并且比较了几种方案的经济指标。结果表明采用网架屋盖结构方案更为经济合理。 (2)顶层大空间的结构，由于竖向刚度的突然减少，在高阶振型和鞭梢效应的影响下，从而使震害加重，对抗震十分不利。本文选用三条地震波，对几种方案进行了多遇地震下的弹性动力时程分析补充计算。结果说明，弹性时程分析得到的结构响应均小于反应谱法的结果，用反应谱计算是比较保守的。此外，顶层加速度值的放大倍数比较大，验证了此类结构的鞭梢效应。 (3)考虑高阶振型的影响，采用多模态加载方式对结构进行罕遇地震下的Pushover推覆分析，并对该结构的抗震性能进行评估。结果表明，结构出现了性能点，塑性铰首先出现在梁端，而柱和墙没有出现塑性铰，符合“强柱弱梁”的设计原则。在刚度突变处，没有出现明显的薄弱层，塑性铰发展和破坏过程比较合理。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 顶层大空间结构的特点

1．2 顶层大空间结构的震害

1．3 顶层大空间屋盖结构方案优化

1．4 顶层大空间屋盖结构方案的研究现状

1．5 本文主要研究内容

第二章 高层建筑顶层大空间屋盖结构方案优化分析

2．1 工程概况

2．2 结构不规则性分析

2．2．1 平面不规则性分析

2．2．2 竖向不规则性分析

2．3 屋盖结构方案优化

2．3．1 方案介绍

2．3．2 方案比较

2．4 基本理论和有限元模型的建立

2．4．1 结构模型基本参数

2．4．2 MIDAS／GEN有限元模型的建立

2．4．3 MIDAS／GEN模型计算假定

2．4．4 MIDAS／GEN求解方法

2．4．5 不同材料混合结构的阻尼比计算方法

2．5 本章小结

第三章 结构振型分解反应谱分析

3．1 反应谱理论

3．1．1 反应谱理论

3．1．2 设计反应谱

3．2 振型分解反应谱法计算结果分析

3．2．1 SATWE软件计算结果分析

3．2．2 MIDAS／GEN分析软件计算结果分析

3．2．3 两种软件结果分析与对比

3．3 大空间层柱顶位移

3．3．1 柱顶控制位移提取方案

3．3．2 X向地震作用下柱顶位移分析对比

3．3．3 Y向地震作用下柱顶位移分析对比

3．4 大空间层柱剪力、轴力结果对比分析

3．5 不同方案经济指标分析比较

3．6 本章小结

第四章 结构地震响应的弹性时程分析

4．1 时程分析理论

4．2 地震波的选取

4．2．1 地震波选取原则

4．2．2 时程分析选取的地震波

4．3 MIDAS／GEN动力时程分析结果

4．3．1 楼层位移计算分析

4．3．2 层间位移计算分析

4．3．3 层间位移角计算分析

4．3．4 顶层水平位移时程反应

4．3．5 顶层水平加速度时程反应

4．4 两种抗震分析方法的比较

4．4．1 两种抗震分析方法的区别

4．4．2 两种抗震分析方法的底部剪力结果对比

4．5 本章小结

第五章 静力弹塑性分析

5．1 模态Pushover分析在MIDAS／GEN中的实现

5．1．1 Pushover分析的方法

5．1．2 Pushover塑性铰的定义与分配

5．1．3 Pushover分析的性能评价

5．1．3 Pushover多模态加载

5．2 Pushover计算结果分析

5．3 结构塑性铰分析

5．4 结构性能点分析

5．5 本章小结

第六章 结论分析与展望

5．1 结论

5．2 对后续研究的展望

参考文献

致谢