某高层建筑叠层空腹钢桁架抗震性能研究及桁架节点分析

摘要

近年来，桁架式转换层凭借其在建筑使用空间和结构抗震性能两方面的突出优势，正在逐步取代转换梁，成为高层建筑中广泛采用的结构转换形式。
　　本文针对某高层框剪结构的叠层空腹钢桁架转换层，采用有限元分析软件对单榀叠层空腹钢桁架模型及桁架节点模型进行分析研究。分析结果可作为PMSAP软件设计结果的补充分析内容，分析结论可作为该工程的设计建议。
　　在论文中，首先，介绍了选取叠层空腹钢桁架作为本工程结构转换方案的思路。其次，对转换桁架SAP2000模型进行了抗震性能分析，内容包括模态分析、竖向荷载作用下的静力分析、反应谱分析、弹性时程分析和弹塑性时程分析，针对大跨度叠层空腹钢桁架的动力特性、竖向刚度的强弱、地震作用下的内力分布规律以及罕遇地震作用下的破坏机制等工程问题进行研究。最后，对工程中东西塔叠层空腹钢桁架特定位置的节点，采用ABAQUS软件建立实体模型进行节点受力性能分析，将底层桁架弦杆、腹杆相贯而成节点类比成钢框架刚性梁柱连接节点，选用3组节点对比，探究了有效的节点构造加强措施，并确定了构造加强的范围。
　　分析结果表明，本工程中的叠层空腹钢桁架转换层具有突出优势：正常使用状态下具备很大的竖向刚度；很大程度上减轻了转换结构的自重并削弱了转换层的侧向刚度，有效地减小了地震作用及其不利影响；在中震、大震作用下受力性能良好，桁架构件均达到了预期的设计性能目标；对桁架节点采取的腹杆翼缘加盖钢板并提高腹板厚度的构造加强措施，有助于改善节点的应力分布并提高其的承载力和刚度。
　　论文基于以上研究成果，对叠层空腹钢桁架转换层和特定位置节点提出了设计、构造建议，可供类似工程参考。

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1. 绪论

1.1 本文研究背景

1.2 桁架式转换结构概述

1.3 空腹桁架转换结构研究现状

1.4 本文主要内容

1.5 本章小结

2. 工程背景及有限元模型建立

2.1 工程概况

2.2 实际问题提出

2.3 结构转换形式选取

2.4 构件性能目标确定

2.5 有限元模型

2.6 分析内容及方法

2.7 本章小结

3. 叠层空腹钢桁架抗震性能分析

3.1 模态分析

3.2 竖向荷载静力分析

3.3 反应谱分析

3.4 弹性时程分析

3.5 构件承载力验算

3.6 弹塑性时程分析

3.7 本章小结

4. 叠层空腹钢桁架关键节点构造研究

4.1 节点构造要求

4.2对比方案组选取

4.3 有限元模型

4.4分析方法

4.5分析结果对比

4.6 本章小结

5. 结论与展望

5.1 本文主要结论

5.2 展望

参考文献

致谢