高层住宅建筑钢结构体系的对比分析研究

摘要

为更好地实现高层住宅产业化：以模数化来构建标准化，以标准化推动工业化，从而使工业化促进产业化。本文提出了一种新型高层钢结构住宅体系—空间钢网格盒式束筒结构体系。该结构集力学性能优越、建筑功能灵活划分与环保经济等优点于一体，符合我国循环经济三原则的要求和走自主创新的科技道路，具有广阔的发展前景。
　　本文首先介绍了高层钢结构住宅的优缺点以及国内外建设与研究历程，从而引出本课题研究的盒式束筒结构，并概述了本课题的研究意义和主要内容。然后介绍了盒式束筒结构的特点、基本组成以、力学原理及分析方法，为实际工程提供了理论依据。
　　其次以某拟建高层住宅为例，采用PKPM软件建立盒式束筒结构和常规框筒结构模型，对结构周期、楼层位移、框架柱与核心筒之间的基底倾覆力矩及剪力分配等参数进行了对比分析。结果表明，盒式束筒结构在力学性能和抗震性能上均优于常规框筒结构。
　　接着采用Midas-Building软件建立盒式束筒结构和常规框筒结构模型，对两种结构的扭转性能进行对比分析；再对盒式束筒结构进行静力弹塑性分析，获得结构在推覆过程的塑性发展及构件屈服顺序、内外筒剪力分配、刚度发展过程等，并分析了在改变结构构件的截面尺寸大小下对该结构塑性发展及构件屈服顺序、内外筒剪力分配、刚度发展过程等影响。结果表明，盒式束筒结构具有良好的扭转性能，在大震作用下仍具有良好的延性，可以达到“大震不倒”的抗震设防要求；各构件参数的改变并不影响各类构件的屈服顺序、内外筒剪力分配、刚度发展过程，且仅对该类构件的进入塑性的时刻有一定的影响，对其他构件进入到塑性的时刻较小。
　　最后简要介绍了弹塑性时程分析方法，采用ETABS软件建立盒式束筒结构的模型，进行塑性时程分析，得到各地震工况下的顶点位移、基底弯矩、层间位移角和楼层剪力，并对结构在不同的地震输入角度作用下的抗震性能进行分析。结果表明，在大震作用下，该结构仍具有较好的刚度，大部分构件处于弹性阶段，可满足所设定的性能目标；坐标轴方向并不是地震波作用的最危险方向，而是与结构X轴成45°角左右方向对该结构的影响最大。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 高层钢结构住宅的发展现状

1.3 新型空间钢网格盒式束筒结构体系的研究思路

1.4 本文的主要研究内容

第二章 钢空腹夹层板组合楼盖基本力学性能研究

2.1 引言

2.2 钢空腹夹层板组合楼盖结构的基本构造[55-61]

2.3 钢空腹夹层板组合楼盖结构的连续化分析方法

2.4 钢空腹夹层板组合楼盖结构的实用分析方法

2.5 本章小结

第三章 钢网格盒式束筒结构的墙架基本力学性能研究

3.1 引言

3.2 钢网格式墙架的基本构造

3.3 钢网格式墙架的作用机理

3.4 钢网格式墙架的抗侧能力的研究

3.5 本章小结

第四章 空间钢网格盒式束筒结构的综合性能研究

4.1 工程概况

4.2 盒式束筒结构模型

4.3 常规框筒结构模型

4.4 反应谱分析计算结果对比

4.5 本章小结

第五章 钢网格盒式束筒结构扭转性能研究

5.1 扭转问题的提出

5.2 结构的扭转控制指标

5.3 结构扭转控制指标的具体分析

5.4 分析的结果及评价

5.5 核心筒位置对盒式束筒结构扭转性能的影响

5.4 本章小结

第六章 空间钢网格盒式束筒结构静力弹塑性分析

6.1 静力弹塑性分析

6.2 基于MIDAS-Building结构数值分析模型的建立

6.3 静力弹塑性分析结果

6.4 本章小结

第七章 罕遇地震作用下弹塑性时程分析

7.1 弹塑性时程分析法

7.2 基于ETABS分析模型的建立

7.3 动力弹塑性分析结果

7.4 不同角度的地震作用下的弹塑性时程反应分析

7.5 本章小结

第八章 结论与展望

8.1 结论

8.2 展望

参考文献

致谢

附录一：攻读硕士学位期间发表的论文