大型观音像脚下超重载穹顶转换结构设计研究

摘要

本文针对92m高的大型复杂雕像工程—苏州西山观音像脚下的组合转换结构进行设计研究。为满足观音像底部大空间使用功能要求，同时承受其上部像体传来的巨大水平和竖向荷载，结合建筑形式在观音像底部设计了由梁、拱以及梁拱之间的钢板砼剪力墙组成的复合墙体构成的新型组合穹顶转换结构，巧妙地实现了转换层上下部结构形式和柱网尺寸的双重转换。由于抗侧力构件的不连续，导致结构在静载和地震作用下的受力机理十分复杂。本文对其在上部佛像超重载下的结构性能、大型复杂节点的工作机理、动力特性以及抗震性能进行分析研究，得到了若干有益的结论，为该类新型组合转换结构在其它工程中的应用提供了理论依据。
　　首先，通过对组合转换结构进行整体静力性能分析，主要研究转换结构中的梁、拱以及梁拱之间钢板砼剪力墙的受力性能。结果发现:
　　(1)组合转换结构的内力远小于各构件单独工作时的内力。
　　(2)组合转换结构在静载下的整体工作性能良好，具有较高的强度储备。最大应力均出现在组合转换结构中的各构件与莲花座外边缘对应的竖向位置处。
　　其次，对组合转换结构中由各榀转换墙体形成的大型汇交节点，进行复杂应力状态下的力学性能研究。结果表明，在最不利组合工况下，节点中的混凝土、型钢和钢筋的Mises应力远小于屈服应力，节点处于弹性工作状态。在竖向位移极限加载下，节点具有较高的屈服后承载力。不同的型钢腹板厚度和混凝土强度等级对节点的屈服承载力影响较小，而对极限承载力影响较大。
　　最后，详细探讨了组合转换结构与上部观音像钢结构塔架之间的动力相互作用及抗震性能。
　　研究表明:
　　(1)当底部转换结构与上部观音像塔架共同工作时，各阶整体振动的振型周期，基本按转换结构未建造观音像塔架，和将观音像塔架直接建在地面上的振型周期大小交替出现。观音像对底部转换结构的自振特性影响较小，而底部转换结构对观音像的自振特性影响较大。
　　(2)在地震作用下，佛像塔架的存在能减小转换结构的地震作用，而转换结构会加剧上部佛像的内力和位移响应。在转换结构中，反应谱分析结果与地震波时程分析结果较吻合，而在观音像塔架结构中，反应谱分析得到的位移响应要小于地震波时程分析的结果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 转换层概述

1．1．1 转换层的功能

1．1．2 转换层的主要结构形式

1．2 带转换层建筑结构的发展及其研究现状

1．2．1 带转换层建筑结构的发展

1．2．2 带转换层建筑结构的静力性能研究现状

1．2．3 带转换层建筑结构的抗震性能研究现状

1．3 组合结构节点的主要特点及研究现状

1．3．1 组合结构节点的主要特点

1．3．2 组合结构节点的研究现状

1．4 本文的研究背景

1．5 本文的主要研究内容

参考文献

第二章 新型组合穹顶转换结构的静力性能研究

2．1 概述

2．2 新型组合穹项转换结构简介

2．2．1 新型组合穹顶转换结构的特点

2．2．2 新型组合穹顶转换结构模型简介

2．3 新型组合穹项转换结构的有限元建模

2．3．1 有限元分析方法简介

2．3．2 有限元模型的建立

2．4 单榀组合转换结构的受力性能分析

2．4．1 转换梁的内力和变形分析

2．4．2 转换拱的内力和变形分析

2．4．3 转换结构中剪力墙的内力分析

2．5 新型组合穹顶转换结构的整体性能分析

2．5．1 荷载作用工况

2．5．2 转换梁的受力分析

2．5．3 组合转换结构中剪力墙的受力分析

2．5．4 转换拱的受力分析

2．6 矢跨比对组合转换结构受力性能的影响研究

2．7 本章小结

参考文献

第三章 大型复杂结构穹顶汇交节点的受力性能研究

3．1 概述

3．2 节点的设计准则与构造要求

3．2．1 节点设计准则

3．2．2 节点的构造设计

3．3 节点有限元模型的建立

3．3．1 建模原则

3．3．2 分析模型的建立

3．4 大型复杂节点在设计荷载下的受力特点

3．4．1 节点计算分析的内力组合

3．4．2 大型复杂节点在设计荷载下的有限元分析结果

3．5 大型复杂节点在竖向极限荷载下的受力特点

3．5．1 大型复杂节点的极限承载力定义

3．5．2 大型复杂节点承载力的确定原则

3．5．3 荷载施加方式

3．5．4 节点的极限承载力全过程分析

3．6 大型复杂节点受力性能的影响因素分析

3．6．1 型钢腹板的厚度对节点极限承载力的影响

3．6．2 混凝土强度等级对节点极限承载力的影响

3．7 本章小结

参考文献

第四章 大型观音像与底部组合转换结构的动力特性及抗震性能分析比较

4．1 概述

4．2 结构分析的模型建立

4．2．1 结构分析模型及基本假定

4．2．2 有限元模型的建立

4．3 结构的动力特性分析

4．3．1 动力特性分析基本理论

4．3．2 结构的动力特性

4．4 结构地震作用反应谱分析

4．4．1 地震作用反应谱分析基本理论

4．4．2 地震作用反应谱分析

4．4．3 结构的侧移分析

4．4．4 结构的内力分析

4．5 本章小结

参考文献

第五章 大型观音像与底部组合转换结构的动力时程分析比较

5．1 概述

5．2 动力时程分析的基本原理

5．3 地震波的选取和调整及阻尼的计算

5．3．1 地震波的选取

5．3．2 地震波的调整

5．3．3 时程分析阻尼的计算

5．4 多遇地震作并j下结构的动力时程分析结果

5．4．1 结构的位移响应分析

5．4．2 结构的加速度时程响应分析

5．4．3 结构的底部总势力分析

5．5 本章小结

参考文献

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

作者读研期间发表论文

致谢