正交梁板转换结构承托斜布剪力墙的受力机理和抗震分析

论文摘要

一般而言,当高层建筑下部楼层竖向结构体系或形式上与上部楼层差异较大,或者下部楼层轴线距离扩大,或者上、下轴线错位时,就必须在结构变化的楼层设置转换层。可以说,这类建筑已成为当代高层建筑发展的一大趋势,尤其是现代大城市用地紧张以及复杂的立体交叉更是如此。针对上下结构平面轴线分布差异较大的框支剪力墙复杂高层结构,本文结合工程实例提出并采用了正交梁板转换结构承托斜布剪力墙的转换层设计方案。该方案具有传力明确、易于工程实现的特点,且在结构抗震性能和经济性指标等方面优于同等工程条件下可行的厚板转换设计方案。文中基于专业结构分析软件ETABS和有限元软件ANSYS,对这一转换层设计方案的整体结构受力性能进行了分析,以及结构在重力荷载和地震荷载作用下转换构件的位移、内力和应力分析,并结合转换层的实体有限元分析对设计中的要点问题进行了总结。本文首先分析了这种转换结构与常规转换结构的区别。重力荷载作用下,对于正交梁板承托斜布剪力墙的转换形式,由于剪力墙与转换梁斜交的缘故,倒“T”型深梁模型一般不再成立,墙梁二者协同受力的能力将不同程度降低。而当斜交角度较大时,墙体主要充当传力构件,与梁协同受力的作用大幅减少。此时转换主梁则在较小的传力区域内承受集度较大的竖向力,受力变得不利,梁底容易集中出现较大的拉应力。上部有剪力墙处的转换层楼板容易出现应力集中。接着全文对转换结构上部剪力墙布置形式进行分类,进而得到不同类型剪力墙时转换结构的受力特点。包括“剪力墙两端都落在梁上,中间落在板上的类型一”、“剪力墙两端都落在板上,中间搭在梁上的类型二”、“剪力墙整体都落在板上的类型三”、“剪力墙一端落在梁上,一端落在板上的类型四”、“剪力墙一端在梁上,通过另个梁,一端在板上类型五”,以类型一这样剪力墙两端落在刚度大的梁柱构件上的效果最好,板的位移、挠度、应力都比较小,这类剪力墙形式是比较合理的,也是在实际设计中运用最多的。在高烈度区的地震作用下,上部有较为密集剪力墙处,转换层楼板应力较大,混凝土已经开裂;通过弹性水平地震作用增大系数法来设计转换结构可知,在规范规定的罕遇地震作用下剪力墙不发生剪切破坏;剪力墙中剪应力的分布大小与墙段的抗侧刚度直接相关,在核心筒处的剪力墙剪应力水平较高。底层剪力墙承担了将近80%的基底剪力,因此剪力墙布置较合理。正交梁板转换结构,竖向荷载主要由正交梁格承担,提出了三个传力路径;水平荷载下产生的内力大体上按构件侧向刚度分配,水平荷载主要由剪力墙承担,并提出了传力路径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 结构转换层概述
• 1.1.1 转换层结构概念
• 1.1.2 转换层结构的功能
• 1.1.3 转换层的主要结构形式和特点
• 1.2 转换层的现状和发展趋势
• 1.2.1 转换层的研究现状
• 1.2.2 转换层的发展趋势
• 1.3 本文研究的目的和意义
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 正交梁板转换结构承托斜布剪力墙工程实例
• 2.1 工程背景
• 2.2 整体结构建模
• 2.2.1 结构分析软件
• 2.2.2 计算参数和分析方法
• 2.2.3 结构建模
• 2.3 结构模态分析
• 2.3.1 结构自振周期
• 2.3.2 结构振型
• 2.4 结构水平地震下的效应分析
• 2.4.1 楼层剪力
• 2.4.2 结构位移反应
• 2.4.3 转换层上、下层结构刚度比
• 2.5 与厚板转换的比较分析
• 2.5.1 结构自振周期
• 2.5.2 结构位移反应
• 2.5.3 楼层剪力
• 2.5.4 经济性
• 2.6 本章小结
• 第3章 转换结构重力荷载作用下的受力机理
• 3.1 引言
• 3.2 转换大梁内力分析
• 3.3 下部支承柱内力分析
• 3.4 转换层楼板应力分析
• 3.5 剪力墙应力分析
• 3.6 剪力墙不同布置形式有限元分析
• 3.6.1 有限元分析
• 3.6.2 规律总结
• 3.7 本章小结
• 第4章 转换结构地震作用分析
• 4.1 引言
• 4.2 结构振型分解反应谱法介绍
• 4.2.1 反应谱法的基本理论
• 4.2.2 反应谱法的优点
• 4.2.3 计算参数的选取
• 4.3 结构位移反应
• 4.4 结构地震剪力
• 4.5 下部支承柱内力分析
• 4.6 转换层楼板应力分析
• 4.7 剪力墙应力分析
• 4.8 本章小结
• 第5章 转换层局部ABAQUS 分析
• 5.1 引言
• 5.2 转换结构的传力路径
• 5.2.1 竖向荷载
• 5.2.2 水平荷载
• 5.3 设计原则及建议
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢