大跨度异型结构底部大空间转换结构的受力机理研究

摘要

梁是以弯曲为主要变形的杆件，而梁式转换结构是目前高层建筑中实现垂直转换最常用的结构形式，具有传力直接、明确的优点。拱具有优良的抗压性能，本身也具有很好的跨越长距离的功能，若能巧妙设计，应可营造出建筑设计中常用到的底层大空间。当转换结构上部的结构承受巨大的侧向力和竖向力且要求建筑物下部一层或多层形成大空间时，应可采用梁、拱以及梁拱之间的剪力墙来实现结构的转换。本文以苏州西山观音园观音像的金刚座和莲花座为研究背景，以ANSYS有限元软件为平台，对由梁、拱以及梁拱之间的剪力墙组成的转换结构进行了分析，为这一类型转换结构的深入研究打下基础，同时为该类型结构的设计提供参考。
　　 本文先将转换结构约束分为完全固定和简支，以转换结构和莲花座为研究对象，考察转换结构在巨大的竖向力和侧向力作用下的受力情况。然后将转换结构应用到金刚座结构上，对金刚座和莲花座进行受力分析。
　　 研究结果表明：
　　 1.当转换结构的约束为完全固定时，梁的第一主应力的最大值都发生在梁端；当转换结构的约束为简支时，梁的第一主应力的最大值都发生在梁与上部莲花座的连接部位。在进行转换结构设计时，应在梁端部和梁与莲花座的连接处进行加强。
　　 2.无论转换结构约束情况是完全固定还是简支，拱的第一主应力S1最大值都出现在拱截面的下部。在大多数情况下，拱的第一主应力都小于混凝土的轴心抗拉强度设计值ft。
　　 3.转换结构的边界约束为完全固定时，梁拱之间的剪力墙的受力更有利。
　　 4.由梁、拱以及梁拱之间的剪力墙组成的转换结构能充分发挥梁和拱的受力特点，可以应用于实际工程。
　　 5.将转换结构应用到金刚座，对莲花座和金刚座进行静力分析时发现拱脚节点位移和转角都很小，抗推力竖向结构的侧向刚度相对较大，推力对结构的影响较小。