雷刚[1]2002年在《带加强层的高层框架—芯筒结构加强层位置及结构刚度优化》文中研究指明本文通过对带加强层的高层框架—芯筒结构在等效静力荷载作用下的内力和位移的系统分析，研究了此类结构的特性规律，并得出影响结构内力和位移的主要因素有：伸臂、芯筒和外围框架柱的刚度；加强层的位置及数量；芯筒、伸臂和外围框架柱截面的变化及外荷载的形式等。本文采用控制带加强层框架—芯筒结构特性的关键参数——结构刚度特征系数λ描述结构伸臂、芯筒和外围框架柱刚度的影响，分析了加强层对减少结构顶点侧移和芯筒底部弯矩所起的作用和结构刚度特征系数λ的关系，提出了保证结构构件充分发挥效果的结构刚度特征系数λ的合理范围。 对于加强层的位置，本文利用单纯形法，分别以结构的顶点侧移最小；芯筒底部弯矩最小；和结构的基本自振频率最大为目标函数，求得加强层的最优位置，拟合了相应的加强层最优位置和结构刚度特征系数λ的关系曲线；并对以上几种情形的最优位置进行比较，得到一些对结构设计有用的结论。 对于芯筒、伸臂和外围框架柱的刚度，利用复合形法，以结构底部剪力最小为目标函数进行优化，求出地震作用下芯筒、伸臂和外围框架柱的适宜刚度。本文针对常见的带加强层框架—芯筒结构，计算了不同工程参数下，适宜的芯筒和外围框架柱及芯筒和伸臂的刚度比，编制了相应的刚度优化工程实用图表。 根据上述理论和方法，本文应用相应的加强层位置优化程序(OPTM-H)；结构刚度优化程序(OPTM-K)；芯筒、伸臂及外围框架柱截面变化时的结构分析程序(TMSA)和结构地震反应分析程序(TMEA)。由文末的典型工程算例分析可知，本文方法能取得满意的结果。本文通过系统研究分析得到的一些结论，对带加强层框架—芯筒结构的抗震设计具有重要的参考价值，本文所用的方法及所编的程序具有工程实用价值。
陈宇[2]2008年在《带加强层框架—核心筒结构自由振动与抗震性能研究》文中进行了进一步梳理随着高层结构的迅猛发展,带加强层框架-核心筒结构体系在实际工程中得到了越来越多的应用。在设置加强层时会遇到各种问题,研究该类结构体系的受力特性和破坏特征对工程设计具有十分重要的意义。鉴于此,本文在总结前人研究成果的基础上,开展了下列研究工作:在一些假定的基础上,运用结构动力学关于分布参数体系的振动理论,考虑核心筒剪切变形、核心筒和外排柱变刚度以及加强层弯曲变形的影响,对带有一道或两道水平加强层的高层框架-核心筒结构进行了动力分析,编制了计算机算法程序。并根据核心筒与外排柱刚度之比、核心筒与水平加强层刚度之比、核心筒和外排柱沿高度变化的刚度之比的不同取值,得出了该体系前叁阶自振频率与加强层位置的关系,对剪切变形所引起振动频率的变化进行了分析。通过有限元软件ETABS,对一栋50层带加强层的钢框架-钢筋混凝土核心筒结构进行了静力分析、反应谱分析以及弹性时程分析。主要计算和分析了框架梁与核心筒墙体间不同节点连接形式、加强层数量和位置等因素下结构的楼层位移、层间位移角、结构构件的内力以及框架与核心筒间的内力分配。并利用有限元软件MIDAS/Gen,对该栋结构进行了叁维静力弹塑性分析。通过改变加强层的数量以及侧向加载模式,重点研究了罕遇地震作用下带加强层框架-核心筒结构的塑性铰出现次序及位置,加强层对相邻层的影响,相邻层是否出现薄弱层,以及针对结构能力曲线的比较,P-△效应的影响分析,得出了该种结构体系在罕遇地震作用下的反应特性及进行静力弹塑性分析的相关建议。
周春圣[3]2006年在《设置多道加强层的高层框—筒结构侧移分析方法》文中研究指明随着城市用地的越来越紧张及各类高新技术的不断发展，房屋建筑的高度不断增加。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)中规定的常规结构体系有时不能满足不断发展的高层建筑的需要。当结构高度较大时，框架-筒体结构作为高层建筑结构采用的常规结构体系，其抵抗侧向风载及水平地震作用的刚度常存在不足。在框架-筒体结构中设置加强层能发掘和利用翼缘柱的整体抗弯能力，能较经济且有效地增大结构抗侧刚度、减小结构侧移。本文对设置加强层后框架-筒体结构在水平静载作用下的侧移特性、静力刚度、结构参数对结构抗侧刚度的影响、构件刚度匹配及结构优化方面进行了分析。论文首先介绍了高层框架-筒体结构中设置加强层的作用机理及理论分析模型、基本假设与分析方法；针对设置加强层的框架-筒体结构静、动力特性理论研究中存在的不足之处，提出了一种能考虑普通楼层梁及楼盖结构的影响，考虑加强层大梁、内筒及外柱的弯曲剪切作用的分析模型；在查阅文献基础上，提出对设置多道加强层框架-筒体结构进行静、动力分析的可行方法；在一定假设的基础上，基于所建立的分析模型和设想的分析方法，将普通楼层梁等效为沿高度方向均匀分布的连续介质，运用最小势能原理建立顶部加强子结构在任意水平分布静载、倾覆力矩及顶部集中荷载作用下的控制平衡方程；运用泛函变分法分析求得了子结构在以上叁种侧向荷载作用下的侧移曲线解析式；在此基础上，可进一步求得设置多道加强层的框架-筒体结构在侧向荷载作用下的侧移曲线。在获得水平荷载作用下侧移解析解后，通过对一简单算例进行数值分析，对顶部设置加强层的框架-筒体子结构中普通楼层梁、加强层伸臂及外框柱等结构构件对结构整体抗侧刚度的影响进行了定性定量研究，同时对楼层梁、加强层、内筒及外框柱的刚度匹配进行了分析，从静力抗侧刚度角度对结构的特征参数进行了优化选择，并与实际工程紧密结合提出了具体的结构布置及设计概念、方法和原则。
陶兵[4]2007年在《带加强层的框架—核心筒结构抗震性能研究》文中提出高层建筑随着高度的增加,水平作用的影响也相对增大,侧向位移也迅速增加。因此控制高层建筑在风荷载和地震荷载作用下的侧向变形成为高层建筑中研究的重要课题之一。近年来,一些专家学者提出在框架—核心筒中利用水平加强层结构(即在外框架柱和内筒体之间设置刚度较大的水平伸臂构件)加强内筒体和外框架柱的共同作用,控制其侧移变形。水平加强层的设置对风荷载和地震荷载下的侧移都起到了很好的控制作用,但是,在地震作用下,设置水平加强层会引起刚度、内力突变,容易形成薄弱层,使结构的损坏机制难以呈现延性屈服机制。本文根据B.S.Smith的加强层最佳位置设置理论,采用大型通用有限元软件ETABS,对框架—核心筒结构按照不同的水平加强层设置方案,建立有限元分析模型。然后采用振型反应谱法对不同结构进行水平地震动力分析,比较和总结了不同水平加强层设置方案下,结构的周期、位移、构件内力的地震响应;并在抗震分析的基础上,总结了水平加强层减小结构侧移,提高结构抗侧刚度的机理;为此类结构的抗震设计提供了一定的参考建议。本文利用大型有限元软件MIDAS,对带水平加强层的框架—核心筒结构进行了静力弹塑性分析,得到了罕遇地震作用下结构塑性铰出现的部位和顺序,提出水平加强层可能使其相邻层产生薄弱层的规律,以便加强结构薄弱环节的构造配筋,以提高结构的抗震能力。
杨玛莎[5]2003年在《带刚性加强层的高层框架—核心筒结构体系的设计研究》文中研究指明随着高层建筑高度的进一步增大，水平荷载成为结构分析与设计的主要问题，同时也成为结构设计中必须考虑的问题。框架-核心筒结构当抗侧力刚度不能满足设计要求时，可考虑沿竖向利用建筑避难层、设备层空间，设置适宜的水平伸臂构件，构成带刚性加强层的高层建筑结构。在核心筒与外围框架之间设置刚度较大的水平伸臂构件或必要时沿外围框架设置刚度较大的周边环带加强层，可以加强内芯与周边框架柱的联系，充分利用周边框架柱的轴向刚度而形成的反弯矩来减少内筒体的倾覆力矩，从而达到减少结构在水平和在以增强整个结构的抗侧力刚度。在风荷载作用下，设置加强层是一种减少结构水平位移的有效方法；但在地震作用下，加强层的设置将会引起结构刚度、内力突变，并易形成薄弱层，结构的损坏机理难以呈现“强柱弱梁”和“强剪弱弯”的延性屈服机制。 本文通过分析不同形式的加强层刚臂的作用机理，并在对常用的几种加强层模型进行分析比较的基础上，提出了高层框架-核心筒结构刚性加强层的合理布置数量及其布置最佳层位的选择。论文进一步分析了抗震地区带刚性加强层的高层结构的动力响应。针对其动力反应的特点，提出了抗震地区带刚性加强层框架-核心筒合理布置原则及结构构件抗震加强措施，以及在地震区采用带加强层的框架-核心筒结构的设计要点。 最后，论文联系实际工程，从结构概念设计角度较为成功的应用了刚性加强层的设计理念，在不占用建筑空间前提下，合理利用了建筑避难层，设计了“适宜刚度”的刚性加强层，巧妙解决了超高层建筑结构抗侧刚度不足的问题，同时确保了抗震地区超高层建筑结构的抗震延性，使结构体系安全、经济、合理。取得了良好的社会效益及工程经济效益，论文的研究成果及结论可供实际工程设计参考。
刘喜平[6]2006年在《考虑上下部共同作用时超高层结构中加强层的受力影响分析》文中进行了进一步梳理在高层、超高层框架——筒体结构中设置水平加强层，是提高结构抗侧刚度，减小结构在水平荷载作用下楼层位移，降低简体弯矩的有效措施，在工程实践中得到了广泛的应用；但在目前所做的此类研究中，将上部结构、基础和地基作为一个整体来建立模型进行分析、研究的例子并不多见，本文在这方面开展工作，并得出了一些有益的结论。 本论文以实际工程项目——陕西省邮政电信网管中心大楼为研究背景，在原结构设计和下部基础设计基本不变的前提下，在结构的适当位置设置上不同数量的加强层，创建出一系列考虑共同作用的含加强层的超高层结构分析模型，并利用ANSYS软件对其进行了静力、动力分析研究，论文的研究内容和结论主要包括以下几方面： (1)通过对所有模型在竖向荷载作用下的静力分析，得出了不同加强层设置方案下，结构的内力变化情况和地基沉降规律； (2)对所有模型进行了结构动力特性分析，比较和总结了不同加强层设置方案下，结构自振特性的变化，为进一步的结构动力分析打下了基础； (3)采用振型分解反应谱法对结构进行水平地震的动力分析，比较和总结了不同加强层设置方案下，结构的位移、内力的地震响应，得出了以下相关的结论：加强层的设置能有效地减小结构的水平位移，且随着加强层设置数量的增加减小量也会增加；同时由于加强层的设置，结构的内力会发生突变，但随着加强层设置数量的增加，内力突变程度也会趋于缓和。这些动力作用下结构的地震响应分析，为此类结构的抗震设计提供了一定的参考依据和建议。
李元初[7]2008年在《带水平加强层的高层筒体结构分析》文中进行了进一步梳理水平加强层能够有效地减小高层筒体结构在侧向水平荷载作用下的侧向位移。但带水平加强层的高层筒体结构在地震作用下表现出了非常复杂的反应特性,加强层的设置不仅能引起结构竖向刚度的突变,引起结构内力的重分布;而且容易在加强层附近形成薄弱层。因此,对这类结构必须进行详尽而准确的分析研究,掌握其在侧向荷载作用下的反应规律以及结构在地震特别是大震下的塑性屈服机制;开展这方面的工作具有很强的实际意义。针对这些命题,本文完成以下几个方面的工作:(1)通过多个算例计算,分析了水平加强层减小结构侧移的力学机理;分析了结构在设置加强层后引起的内力重分布现象。(2)运用高层连续化分析方法,建立顶部带水平伸臂的框架-筒体结构侧移和内力的解析表达式,对结构进行了定量分析。(3)通过多种加强层设置方案探讨了加强层对筒中筒结构外框筒柱剪力滞后效应的影响。(4)进行了多种加强层结构的静力弹塑性分析,研究其在地震作用下的塑性屈服机制和延性性能;指出结构在大震作用下加强层附近会形成薄弱层,结构设计中必须采取相应的措施保证其变形能力。(5)以超高层算例分析为基础,探讨了带水平加强层的高层筒体结构的动力反应,指出加强层引起的刚度、内力突变问题和引起的薄弱层,为设计提供一些建议。
江磊[8]2013年在《带水平加强层的高层混合结构抗震性能分析及振动台试验研究》文中研究说明高层混合结构是由钢框架(或型钢混凝土框架、钢管混凝土框架)与钢筋混凝土筒体(或型钢混凝土筒体)组合而成,随着建筑高度的增加,需设置水平加强层(一般为伸臂桁架),这种结构体系在高层及超高层建筑中应用越来越多,但是关于该种结构体系在地震作用下的反应研究并不够深入,存在理论落后于实践的问题。本文以兰州红楼时代广场(典型的框架-核心筒-伸臂桁架加强层结构体系)为研究背景,对该种结构体系的抗震性能及振动台试验进行了研究,完成的工作和取得的主要成果如下：(1)系统总结了国内外关于型钢混凝土剪力墙试验的结果,将型钢混凝土剪力墙的破坏划分为叁个阶段,理论推导的同时加以试验数据的回归修正,得到了型钢混凝土剪力墙的骨架曲线,最后结合试验结果提出了四折线考虑刚度退化的定点指向型恢复力模型。该恢复力模型计算参数物理意义明确,便于计算机的程序化,可以为钢骨混凝土剪力墙结构的弹塑性动力分析提供一定的参考。采用OpenSEES中的纤维单元,并考虑剪切作用的影响,对型钢混凝土剪力墙进行了水平往复荷载作用下的滞回性能分析。将本文的滞回模型、纤维模型计算值与试验数据进行比较,叁者吻合较好,表明本文提出的恢复力模型的可靠性。(2)从方钢管混凝土柱的截面层次出发,结合试验结果,将构件的破坏分为了两个阶段,理论推导了构件的骨架曲线,得出了方钢管混凝土柱的叁折线滞回模型。最后利用OpenSEES软件中的纤维梁柱单元,对方钢管混凝土柱进行了水平往复荷载作用下的滞回性能分析。将本文的滞回模型、纤维模型计算值与试验数据进行比较,叁者吻合较好,表明本文提出的恢复力模型的可靠性。(3)通过对伸臂桁架加强层受力机理的分析,将加强层模型简化为悬臂式格构钢柱模型,以结构顶点位移为控制指标,分析了伸臂梁的抗弯刚度、桁架腹杆的轴向刚度的变化对结构侧移的影响,提出了伸臂梁抗弯刚度与剪力墙抗弯刚度之比α、桁架腹杆轴向刚度与框架柱轴向刚度之比β的量化指标。最后通过两个工程案例,得出设置一道伸臂桁架加强层时线刚度比α的最优范围为0.25～1.0,β的最优范围为1.0～4.0；设置两道伸臂桁架加强层时线刚度比α的最优范围为0.25～1.0,β的最优范围为1.0～3.0；对于设置两道伸臂桁架加强层的结构,增加下部加强层伸臂梁抗弯刚度增加对结构抗侧移的效果明显优于增加上部加强层伸臂梁抗弯刚度的效果(4)通过对静力弹塑性分析及动力弹塑性分析原理及方法的研究,总结了两种分析方法目前存在的问题,并对静力弹塑性的单一模态推覆分析做了改进,推导了多模态推覆分析的方法。结合本文研究背景的工程实例,分别对其进行了静力及动力弹塑性分析。通过对该结构不同加载模式的对比分析,得出不同的加载模式,结果相差较大,建议实际工程的设计分析宜采用多种加载模式进行综合判别；多模态推覆分析考虑了高阶振型的影响结果,对于高阶振型占主要作用的结构宜采用多模态推覆分析的方法；结构动力弹塑性分析,能够得到结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形,但受所选地震波的影响比较大,需与静力弹塑性分析相结合,对结构的抗震性能做出综合判定。(5)以兰州红楼时代广场为原型,进行了1：25比例缩尺模型的振动台地震模型试验,试验的加速度相似比为1.6：1,模型结构经历了相当于8度小震到8度大震的单向及双向水平地震动输入,得到了结构在各强度地震作用下的层间位移、层间加速度、层间剪力等的分布规律。通过有限元软件模拟与试验结果的对比分析,分析并总结了结构在试验时各工况下的试验现象,找出各种现象出现的原因。结合软件计算结果,综合判断了结构的薄弱部位,并给出相应的加强措施,可以为此类结构体系在高烈度区的设计和应用提供参考。
范惠能[9]2014年在《新型伸臂加强层阻尼体系的风振控制研究》文中研究表明随着建筑物高度的增加,建筑结构的刚度和阻尼变得越来越小,导致结构地震和风振效应愈加明显。传统的结构设计通过设置加强层等增加结构侧向刚度的方法来抵御地震荷载及风荷载,但同时引起了结构刚度和内力的突变,并易形成薄弱层。因此,通过附加控制装置来减小水平荷载引起的结构响应已成为高层建筑发展的重要方向。加强层阻尼体系作为一种新型的耗能减振系统,将加强层与外框架柱断开,利用两者之间较大的位移差来布设粘滞阻尼器,具有非常良好的减振效果。本文在前人研究的基础上,提出了伸臂加强层阻尼体系的新的简化模型,从振动控制和加强层两个方面对其风振控制效果进行了研究,并提出其位置优化的实用算法。主要完成了以下工作：首先,本文考虑周边框架对核心筒的约束作用,将核心筒简化为底部固支的铁木辛柯梁,并推导出该控制系统的运动学方程。通过模型参数分析,初步了解了这一新型减振体系的主要特性,并对带单个伸臂加强层阻尼体系的某高层建筑风振控制效果进行了数值仿真分析。算例表明,加强层阻尼体系在结构风振控制中取得了非常良好的控制效果。其次,将加强层阻尼体系的风振控制效果与传统加强层结构的控制效果进行对比探讨,得出了一些有意义的结论。根据两种体系在风振控制中的特性,基于“有限刚度”加强层理论,提出了带多个加强层与加强层阻尼体系的抗风结构。数值分析表明,当结构整体刚度不足时,带多个加强层与加强层阻尼体系可以在风振控制中获得更加良好的表现。最后,基于结构拓扑优化理论,根据加强层和阻尼器位置优化的一些理论,并结合加强层阻尼体系的特性,提出了多个传统加强层与加强层阻尼体系的位置优化实用算法。算例分析表明,相对于逐步逼近法得到的最优布置,该算法不仅简单实用,而且可以和最优布置获得几乎一样好的控制效果。
黄映红[10]2008年在《设置加强层的框—筒结构侧移分析及优化》文中提出抗侧力体系对高层建筑结构的合理性、安全性和经济性具有决定性的影响作用,并随着建筑高度及功能的发展需要而不断地发展变化。作为高层建筑结构中经常被采用的结构体系,框架-核芯筒体系有时因侧向刚度不足而产生较大的侧移。因此,在设计中,可以采用设置水平加强层来实现侧移控制要求。本文对设置加强层的框架-核芯筒结构建立平面分析模型,运用数值分析方法讨论设置加强层的最佳数量、外荷载及各构件的刚度特征系数对结构顶点侧移和加强层最佳位置的影响,并讨论了构件刚度匹配和结构优化的问题。论文综述了设置加强层的框架-核芯筒结构的作用机理,探讨了现阶段对设置加强层的框架-筒体结构的研究中存在的不足,据此建立了一种基于某些假设前提下的平面分析模型,并提出了相应的静力分析方法,即将普通楼层梁等效为沿建筑物高度均匀分布的连续介质,考虑普通楼层梁、加强层、核芯筒、外框柱的弯曲、剪切变形及外框柱的轴向变形;求得结构在侧向荷载作用下的变形能表达式、运用最小势能原理建立结构在水平荷载作用下的控制方程;将变分原理和瑞利-里兹法联合应用,求得框架-核芯筒结构在水平荷载作用下的侧移表达式。利用论文推导出来的结构侧移表达式,通过对一简单算例进行数值分析,得出设置加强层的最佳数量;通过改变构件的刚度,得出普通楼层梁刚度特征系数、加强层刚度特征系数、外框柱轴向及抗弯刚度特征系数对结构顶点侧移以及加强层最佳位置的影响,从而对构件刚度参数选择及结构优化提出了一些建议。
参考文献：
[1]. 带加强层的高层框架—芯筒结构加强层位置及结构刚度优化[D]. 雷刚. 大连理工大学. 2002
[2]. 带加强层框架—核心筒结构自由振动与抗震性能研究[D]. 陈宇. 湖南大学. 2008
[3]. 设置多道加强层的高层框—筒结构侧移分析方法[D]. 周春圣. 华中科技大学. 2006
[4]. 带加强层的框架—核心筒结构抗震性能研究[D]. 陶兵. 西南交通大学. 2007
[5]. 带刚性加强层的高层框架—核心筒结构体系的设计研究[D]. 杨玛莎. 重庆大学. 2003
[6]. 考虑上下部共同作用时超高层结构中加强层的受力影响分析[D]. 刘喜平. 西安理工大学. 2006
[7]. 带水平加强层的高层筒体结构分析[D]. 李元初. 重庆大学. 2008
[8]. 带水平加强层的高层混合结构抗震性能分析及振动台试验研究[D]. 江磊. 兰州理工大学. 2013
[9]. 新型伸臂加强层阻尼体系的风振控制研究[D]. 范惠能. 厦门大学. 2014
[10]. 设置加强层的框—筒结构侧移分析及优化[D]. 黄映红. 华中科技大学. 2008
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