共同作用结构设计的影响因素及抗风数值模拟分析

摘要

共同作用分析原理随着社会经济的高速发展和计算机技术的不断进步，在高层建筑的设计中越来越凸显其重要性。目前实际工程中普遍采用的常规分析设计方法虽然考虑了基础与地基之间的变形协调，但忽略了上部结构的影响，与工程实际有差别。而运用共同作用来进行结构设计既符合三者间的静力平衡条件，同时又不违背三者作为整体分析时的变形协调，使得计算结果更为合理可靠。
　　本论文在查阅上部结构与地基基础相互作用的基本概念和国内外研究状况的基础上，简要分析整理了上部结构—筏板基础—地基作为整体体系共同作用的基本原理和分析方法。基于有限元程序平台建立了一个纯框架、平板式筏板和天然地基的整体模型，重点分析了三者刚度变化对整体体系各部分内力和变形的作用，探讨了多因素变化对整体体系的影响。同时对框架-筏板-地基共同作用体系进行了抗风分析，获得了有关于上部框架结构、筏板基础和天然地基共同作用的分析结论：
　　（1）基底压力振幅与基础刚度的变化反相关。即基础刚度增大，基底压力的振荡幅度减小；地基的压缩模量的变化会对整体沉降产生一定的影响，地基刚度增大，整体沉降减小，差异沉降随之减小；框架梁的增加使得上部刚度的影响变大，“架越作用”更加显著。
　　（2）影响因素灰色关联分析表明，筏板最大沉降量的最敏感因素为地基刚度；基底压力最大值与筏板厚度关联最大；基础弯矩最大值、框架柱最大轴力的最敏感因素为框架梁的刚度。
　　（3）对框架-筏板-地基共同作用体系进行了抗风分析，结果发现随机风荷载对框架结构的侧向位移和加速度有很大影响，同时计算体系的固有频率显著减小，其中第一阶固有频率由原来的1.4017Hz减小到0.20143Hz。相对而言，框架结构的梁柱内力以及基础沉降则影响有限。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要内容

第二章 共同作用基本理论和分析方法

2.1 共同作用理论概述

2.2 建筑工程各部分间的制约关系及其荷载传导机制

2.3 地基模型的介绍

2.4 本章小结

第三章 框架-筏板-地基共同作用有限元分析

3.1 概述

3.2 工程算例

3.3 空间框架有限元模型

3.4 共同作用对下部结构的影响

3.5 共同作用对上部结构的影响

3.6 本章小结

第四章 框架-筏板-地基影响因素有限元分析

4.1 概述

4.2 灰色关联度分析方法

4.3 影响因素分析的方案设计

4.4 共同作用体系的单因素分析

4.5 共同体系多因素灰色关联分析

4.6 本章小结

第五章 框架-筏板-地基体系抗风有限元分析

5.1 概述

5.2 作用在建筑物上的风荷载

5.3 框架-筏板-地基体系模态分析

5.4 框架-筏板-地基体系抗风动力分析

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的学术论文