带有限刚度加强层的高层混合结构分析研究

摘要

混合结构是高层、超高层结构发展的主要结构形式，随着高层结构高度的不断增高，为控制高层结构在水平荷载作用下的整体侧移，带加强层的混合结构(钢框架-核心筒结构)体系应用得日益广泛，各国学者对刚性加强层的研究已经取得了显著的进展，然而，刚性加强层结构由于楼层刚度过于集中，在地震作用下破坏和位移容易集中在加强层附近，以至于形成薄弱层，对抗震极其不利。因此，加强层结构刚度突变问题是研究和设计人员需要解决的重点，“有限刚度”加强层逐渐被提出和应用，采用‘有限刚度’加强层在概念上希望结构整体刚度满足规范的最低要求，使结构既要满足规范侧移要求，也要避免出现结构刚度的突变，希望在罕遇地震下出现‘强柱弱梁’、‘强剪弱弯’的延性屈服机制。但是专门针对有限刚度加强层的研究并不系统和深入，基于这一背景，本文主要研究工作如下：
　　 (1)对带加强层的框架-核心筒结构的计算模型进行了简化，考虑加强层刚度、普通楼层梁的影响，利用连续化分析按照最小势能原理计算出顶部带水平加强层结构的侧移曲线，按照叠加的方法求得带多道加强层结构的侧移计算通式。
　　 (2)以顶点侧移最小为目标函数，得到了设置一道、两道、三道加强层时，加强层的最佳位置曲面图，得到的结论与规范建议的位置一致，并且研究了筒体底部弯矩系数与第一道加强层的相对位置、加强层刚度特征系数、普通楼层梁刚度特征系数的影响关系，以及考虑底部弯矩影响时加强层的设置位置。
　　 (3)利用有限元分析软件MIDAS对设置不同形式以及不同刚度加强层的混合结构进行分析，通过改变杆件截面尺寸以及改变加强层高度来反映刚度的变化，研究不同刚度加强层在风荷载以及地震作用下，对结构周期、位移和内力的变化规律，得出不同形式加强层结构受力性能的差异，以及证明有限刚度加强层在抗震性能上优于刚性加强层。