用巨型框架结构套建增层的房屋设计与施工方法研究

摘要

作为一种增层形式，套建增层以其增加层数不受限制、对既有建筑物依赖小而在既有房屋增层改造中得到越来越多的应用。巨型框架结构的主框架承担全部竖向荷载及绝大部分的水平荷载，次框架仅将自身的竖向荷载传递给主框架，承担小部分的水平荷载。去掉第一巨型结构层内的次框架，对结构沿竖向的刚度分布影响不大，可以利用这一点来实现对既有房屋的套建增层。
　　用巨型框架套建增层尚有一些问题亟待解决：如何使其满足抗震规范规定的“小震不坏、中震可修、大震不倒”抗震设防要求，尚需对其倒塌机制进行深入的研究；既有建筑屋盖不能承担巨型框架层的施工荷载，使套建增层巨型框架无法实现逐层施工，对无支撑自承重楼盖施工工艺提出了迫切要求；与施工方法相应的构件设计方法及细部构造措施，较大跨度涉及到预应力技术的一些相关的细部构造措施要求。本文主要针对上述问题，展开工作。
　　本文基于平面杆系模型，采用IDARC-2D非线性分析程序，在引入新建巨型混凝土框架结构适用范围和抗震构造手段的基础上，通过对不同巨型结构层数和次框架层数，建造在I、II、III类场地土，设计地震分组为一、二、三组的375榀套建增层巨型框架的抗震性能研究，得出的结论是8度区的套建增层巨型框架的主框架抗震等级按一级，7度区的套建增层巨型框架以50m为界，低于50m时主框架抗震等级按二级，高于50m时按一级设计的框架，满足规范的弹塑性位移角的限值要求，未出现形成机构体系的情况，满足现行抗震规范“大震不倒”的抗震要求。用现行抗震规范推荐的静力弹塑性分析方法，采用倒三角形、均匀两种侧向力分布方式，能力谱法、改进能力谱法和α-T法等三种方法对相同模型进行了的抗震性能分析，得出了与弹塑性动力时程分析相同的结论。
　　套建增层巨型框架是具有转层性质的结构，分析了逐层施工法、主次施工法及巨型结构层自承重施工法对结构构件内力的影响。并提出具体施工过程中应注意的问题。因巨型结构层的荷载巨大，既有建筑物的屋面不能够承担第一巨型结构层施工期间的荷载，论述了无支撑自承重楼盖的施工方法与措施，该方法既不影响既有结构使用，又保证了施工结构的安全。
　　从主次框架的共同工作入手，分析了忽略次框架刚度的简化算法的适用性问题。根据套建增层巨型框架的弹塑性分析得出的设计建议，编制了设计程序，既为套建增层结构方案选取提供了手段，又方便套建增层巨型框架结构的设计。
　　最后，结合哈尔滨市某高校实验楼的套建增层工程，给出了一榀套建增层巨型框架的设计过程与相应的施工方法，并且分析了其在罕遇地震作用下的抗震性能，验证本文弹塑性分析结果，并为具体设计提供参考。

目录

巨型框架结构套建增层的房屋设计与施工方法研究

RESEARCH ON DESIGN AND CONSTRUCTIONOF ADDING STOREYS ON BUILDING BYOUTER-JACKETING MEGAFRAME

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究现状综述

1.3 存在问题

1.4 本文开展的工作

第2章 套建增层巨型框架弹塑性分析基础

2.1 IDARC-2D 介绍

2.2 材料本构模型

2.3 截面弯矩-曲率关系

2.4 恢复力模型

2.5 结构的阻尼与阻尼比

2.6 对结构失效的判定

2.7 IDARC 的试验验证及滞回参数确定

2.8 本章小结

第3章 地震作用下套建增层巨型框架弹塑性分析

3.1 分析对象的形成

3.2 套建增层巨型框架弹塑性时程分析

3.3 套建增层巨型框架静力弹塑性分析

3.4 设计反应谱讨论

3.5 本章小结

第4章 用巨型框架套建增层施工问题研究

4.1 施工问题简介

4.2 套建增层巨型框架内力分析

4.3 无支撑自承重楼盖施工方法及措施

4.4 本章小结

第5章 用巨型框架套建增层设计方法

5.1 结构设计

5.2 构件设计

5.3 简化分析

5.4 构造措施

5.5 设计程序

5.6 本章小结

第6章 典型工程实例

6.1 实例背景

6.2 套建增层巨型框架设计

6.3 弹塑性验算

6.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

致谢

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