带加强层的框架-核心筒结构受力性能研究

摘要

在高层和超高层建筑中，框架——核心筒结构在侧向荷载作用下的顶点位移往往会因为结构的抗侧移刚度不足而超过国家规范的限值。为解决这个问题，结构工程师通常在结构中布置加强层以提高结构抗侧刚度。这样就会出现竖向刚度不均导致加强层附近产生内力和变形的突变，使结构难以形成良好的屈服机制。
　　本文在总结国内外对带加强层的框架——核心筒结构研究的基础上，通过有限元分析软件ETABS建立了40层框架——核心筒模型，主要研究不同数量、不同刚度以及不同类型的加强层对结构在风荷载和地震作用下的受力性能的影响。主要结论有:
　　1)加强层的设置能明显减小结构的侧移，且其数量越多刚度越大对结构侧移的减小越多，但减小幅度则会随之降低。
　　2)加强层的设置会使其附近几层结构构件产生2～8倍的内力突变，且其刚度越大突变越剧烈，导致结构形成不利于抗震的薄弱层。而加强层数量增加时构件内力突变会减小，有利于抗震。
　　3)有限刚度加强层相比刚性加强层能使结构突变程度减轻20％～40％，设置带状桁架则会使框架柱轴力突变程度减小1/3。
　　4)弹性时程法揭示出了结构的局部地震反应特征，其分析结果普遍要小于振型反应谱法，但是仍有个别例外的情况，应选择时程法和反应谱法的最不利的情况进行包络设计。
　　5)Pushover分析中，模型被推覆到目标位移后设置1～2道加强层的结构延性最好，而当不设置或设置三道加强层的结构发生推覆破坏。
　　6)随着加强层数量的增加，性能点处的加速度谱逐渐增加，位移谱逐渐减少;同时结构基底剪力逐渐增加，顶点位移逐渐减少。
　　7)加强层的存在会导致其附近出现柱铰，不满足“强柱弱梁”的要求，加强层伸臂塑性铰均比剪力墙塑性铰开展得要早，符合“强简体，弱伸臂”的延性要求。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 加强层结构的概念及种类

1．2．1 加强层结构的概念

1．2．2 加强层结构的种类

1．3 加强层在国内外的研究现状和应用

1．3．1 加强层在国内外的研究现状

1．3．2 加强层在国内外的应用

1．4 本文研究的内容和意义

1．4．1 本文研究的内容

1．4．2 本文研究的意义

1．5 本章小结

2 加强层的力学机理及其有限元模型

2．1 加强层在结构中的力学机理

2．1．1 加强层的作用

2．1．2 加强层在结构中的力学机理

2．2 加强层在结构中的最佳位置

2．2．1 模型计算假定

2．2．2 加强层最佳位置的理论分析

2．3 带加强层的框架—核心筒结构的有限元模型

2．3．1 框架—核心筒模型的建立

2．3．2 结构模型的计算参数

2．3．3 加强层的布置方案

2．4 本章小结

3 带加强层的框架-核心筒的弹性计算分析

3．1 结构的模态分析

3．1．1 振型质量参与系数

3．1．2 加强层对计算模型自振周期影响分析

3．2 加强层对结构侧向位移影响分析

3．2．1 加强层对楼层位移曲线的影响

3．2．2 加强层对楼层位移角曲线的影响

3．3 加强层对结构内力的影响分析

3．3．1 结构中框架与核心筒的剪力分布

3．3．2 加强层对框架柱剪力的影响

3．3．3 加强层对框架柱轴力的影响

3．3．4 加强层对核心筒墙肢剪力的影响

3．3．5 加强层对核心筒墙肢弯矩的影响

3．4 结构的弹性时程分析

3．4．1 时程曲线的选取

3．4．2 弹性时程结果分析

3．4．3 弹性时程分析结论

3．5 本章小结

4 带加强层的框架-核心筒结构的静力弹塑性分析

4．1 Pushover分析的基本思路

4．2 Pushover分析的评价方法

4．2．1 能力谱法

4．2．2 目标位移法

4．2．3 FEMA 440等效线性法

4．2．4 FEMA 440位移修正法

4．2．5 评价方法的对比

4．3 Pushover分析中的计算模型

4．3．1 ETABS的单元模型

4．3．2 塑性铰的属性

4．4 Pushover算例分析

4．4．1 模型方案的建立

4．4．2 结构能力曲线分析

4．4．3 结构性能点分析

4．4．4 结构层剪力和层间位移角分析

4．4．5 结构塑性铰的发展规律

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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