顶部带伸臂的框架—筒体结构的弹性稳定分析

摘要

带伸臂的框架—筒体结构体系是一种广泛应用于高层和超高层建筑中高效率的结构体系。从结构受力特性来看，它属于双重抗侧力结构体系，但是它比框架—简体这种经典双重抗侧力结构体系又前进了一步，在减小建筑结构侧移和倾覆弯矩方面起到了很好的作用。 从二十世纪六十年代伸臂结构第一次应用于工程实际开始，国内外许多高层或超高层建筑，包括钢结构、钢筋混凝土结构和钢—混凝土混合结构，纷纷应用了伸臂为核心的结构加强层处理方法。伴随着工程实际应用的同时，国内外研究人员开展了对伸臂结构的研究和理论分析。总的来说，对带伸臂的框架—简体结构的研究主要集中在伸臂层最优数量和最优位置的问题上，对结构稳定性方面的研究涉及较少。在对双重抗侧力结构体系稳定性分析的基础之上，进行对带伸臂的框架—简体结构体系的稳定性研究，可以进一步认清带伸臂的框架—筒体结构体系的受力特性，并对工程设计应用提供一定的帮助。 本文研究了顶部带伸臂的框架—简体结构体系的弹性有侧移稳定。主要做了如下几个方面的工作： 对伸臂位于顶部的单层框架—简体模型进行分析，提出了等效转动约束的概念和转动约束刚度的表达式。对边框柱两端不同约束条件下的几类模型进行了精确位移法求解，得到了结构有侧移失稳的临界荷载值。利用伸臂刚度远大于普通梁柱的特点，提出了核心筒—伸臂结构抗侧刚度与框架抗侧刚度相加的结构抗侧刚度计算原则，并根据负刚度理论，获得了结构稳定承载力的近似公式，同精确解进行了比较。对伸臂位于顶部的两层框架—简体模型进行精确位移法分析，得到了结构有侧移失稳的临界荷载精确解。利用二阶效应等效的原则，提出将中间层荷载等效为柱顶荷载的近似折减方法，提出结构稳定承载力的近似公式。对伸臂位于顶部和中部的双伸臂结构简化模型进行了分析，利用力法求得了结构的抗侧刚度，提出了针对不同简化模型，竖向构件等轴力条件下的结构稳定承载力的近似公式。并利用ANSYS进行验证。 从伸臂结构整体分析角度出发，推出了项部带刚伸臂的框架—简体单伸臂、双伸臂简化模型的等效抗弯刚度和抗剪刚度。提出结构稳定承载力近似公式，同ANSYS分析结构进行比较，说明了各构件在符合实际相对刚度条件下，近似公式有着一定参考作用。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2带伸臂的框架－筒体体系及理论研究

1.2.1带伸臂的框架－筒体体系简介

1.2.2带伸臂的框架－筒体体系的计算理论

1.3结构的整体稳定和P－△效应分析

1.3.1框架结构的分析方法

1.3.2结构的整体稳定

1.3.3结构的P－△效应分析

1.4本文主要工作

第二章单伸臂顶架结构单层模型的有侧移稳定

2.1引言

2.2构件负抗侧刚度

2.2.1刚度、强度和稳定的关系

2.2.2稳定和抗侧刚度的关系

2.2.3两端转动约束轴压杆的α值

2.3外框柱和伸臂铰接，和基础铰接结构的有侧移稳定

2.3.1核心柱顶等效转动约束的求解

2.3.2结构抗侧刚度的求解

2.3.3结构有侧移失稳屈曲荷载的求解

2.3.4结构抗侧刚度的变化

2.3.5有侧移失稳承载力公式的验证

2.4外框柱和伸臂铰接，和基础固接结构的有侧移稳定

2.4.1结构抗侧刚度和有侧移屈曲荷载的求解

2.4.2结构有侧移失稳承载力公式的验证

2.5外框柱和伸臂刚接，和基础固接结构的有侧移稳定

2.5.1结构抗侧刚度的讨论

2.5.2结构有侧移失稳承载力公式的验证

2.6本章小节

第三章单伸臂顶架两层及一般多层结构的稳定性

3.1引言

3.2项架两层边柱两端铰接结构的有侧移稳定

3.2.1结构有侧移失稳临界方程和计算长度系数

3.2.2等效二阶效应折减系数γ的讨论

3.2.3结构有侧移失稳承载力公式

3.3顶架两层边柱顶部铰接底部固接结构的有侧移稳定

3.3.1位移法求解临界方程

3.3.2考虑层与层相互支援的框架柱计算长度系数

3.3.3考虑边柱层间相互支援无侧移限值后的计算长度系数

3.3.4结构有侧移失稳承载力公式

3.4顶架两层边柱两端刚接结构的有侧移稳定

3.4.1结构稳定临界方程和柱计算长度系数

3.4.2结构有侧移失稳承载力公式

3.5一般多层单伸臂顶架结构的有侧移稳定

3.5.1 ANSYS屈曲分析及单元介绍

3.5.2等截面柱一般多层顶架结构的有侧移稳定

3.5.3变截面柱一般多层顶架结构的有侧移稳定

3.6本章小节

第四章顶架双伸臂结构的有侧移稳定初探

4.1引言

4.2等效抗侧刚度的求解

4.3结构的稳定承载力近似公式及ANSYS验证

4.3.1边柱两端铰接双伸臂结构的承载力公式

4.3.2边柱两端刚接双伸臂结构的承载力公式

4.4本章小节

第五章考虑弯曲和剪切因素的刚伸臂结构稳定性

5.1引言

5.2 Timoshenko梁的稳定性

5.3单伸臂结构的等效弯曲、剪切刚度和临界荷载

5.4双伸臂结构的等效弯曲、剪切刚度和临界荷载

5.5本章小节

第六章本文工作的总结和展望

6.1本文工作的总结

6.2本文不足和进一步工作的设想

参考文献

致谢