型钢混凝土梁式转换层结构抗震性能分析

摘要

高层建筑中，为了满足下部大空间上部小空间的建筑功能需要，结构经常在空间变化的楼层设置转换层。目前，工程中常见的转换层的结构形式主要有梁式转换、厚板转换、箱型转换、桁架转换。其中梁式转换层受力简单、传力明确、施工方便、自重相对较轻，是我国应用最广泛的结构，但转换构件截面尺寸较大、自重也较大。型钢混凝土梁式转换层作为未来发展趋势的一种转换层，既具有梁式转换层的优点，又克服了它的缺点，但目前对该转换层结构缺乏较系统深入的研究，实际工程应用受到限制，因而对型钢混凝土梁式转换层系统深入的研究具有重要的意义。　　本文采用SAP2000有限元分析软件建立了一栋18层的带型钢混凝土梁式转换层的高层建筑结构的有限元模型，然后对其进行常遇地震作用下的弹性分析，主要包括模态分析、反应谱分析、弹性时程分析，再以此结构有限元模型为基础，通过改变型钢混凝土梁式转换层的设置位置、转换层上下层结构的等效剪切刚度比、转换梁的含钢率，并采用模态分析法、反应谱分析法来研究型钢混凝土梁式转换层的设置位置、转换层上下层结构的等效剪切刚度比、转换梁含钢率等因素对带型钢混凝土梁式转换层的高层建筑结构的动力特性及动力响应的影响。另外，还讨论了型钢混凝土梁式转换层的设置位置对落地剪力墙和框支剪力墙之间剪力和弯矩分配的影响及转换梁含钢率对转换梁承载力的影响。最后得出一些重要的结论：　　（1）本文中采用底部剪力法分析所得结构的各层层间最大位移、层间位移角、地震总剪力和总弯矩都比用反应谱法分析所得的要大，但相差不是太大，因此，当带型钢混凝土梁式转换层的高层建筑结构以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布相当均匀的情况下，虽然高度超过40 m，但超过不是太大时，仍然可以采用底部剪力法计算。　　（2）本文中采用弹性时程分析法分析所得结构的各层层间最大位移、层间位移角、地震总剪力和总弯矩的最大值及平均值都比用反应谱法分析所得的要大，因此，对于带型钢混凝土梁式转换层的高层建筑结构进行弹性时程分析是有必要的。　　（3）随着型钢混凝土梁式转换层的设置位置的提高，结构的自振周期逐渐变长，但变化幅度较小；结构的振型曲线基本一致；结构的层间最大位移逐渐增大；结构的基底剪力有不同程度的增大和减小；基底弯矩逐渐减小，但转换层所在位置越高，增加相同的转换层数后基底弯矩减小的幅度越小；落地剪力墙和框支剪力墙之间的剪力和弯矩分配变化不大。　　（4）随着转换层上、下层结构等效剪切刚度比的增大，结构的自振周期逐渐减小，但变化幅度很小；结构的振型曲线基本一致；结构的层间最大位移逐渐减小，并且落地剪力墙越厚，增加相同厚度后，最大层间移减小的幅度越小；结构的层间位移角在转换层下部各层逐渐减小，在转换层上部各层变化不大；结构的各层地震总剪力和总弯矩都逐渐增大，但落地剪力墙越厚，增加相同厚度后，各层地震总剪力和总弯矩增大的幅度越小。　　（5）随着转换梁含钢率的增大，结构的自振周期、振型及各层层间最大位移、层间位移角、地震总剪力和总弯矩变化都很小，以至于可以忽略不计，而转换梁的抗弯与抗剪承载力显著提高。

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第1章 绪 论

1. 1 高层建筑转换层概述

1. 2 转换层在国内外的研究与发展现状

1. 3 本文研究的意义

1. 4 本文研究的主要内容

第2章 结构有限元模型的建立

2. 1 有限元法简介

2. 2 S AP 2000简介

2. 3 算例

2. 4 建立结构有限元模型

第3章 结构弹性分析

3. 1 模态分析

3. 2 反应谱分析

3. 3 弹性时程分析

第4章 型钢混凝土梁式转换层的设置位置、转换层上下层结构的等效剪切刚度比及转换梁含钢率对结构抗震性能的影响

4. 1 型钢混凝土梁式转换层的设置位置对结构抗震性能的影响

4. 2 转换层上、下层结构的等效剪切刚度比对结构抗震性能的影响

4. 3 型钢混凝土转换梁含钢率对结构抗震性能的影响

第5章 结论与展望

5. 1 结论

5. 2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果