發(fā)布時間：2020-08-09 02:05

【摘要】：超高層建筑中的伸臂桁架加強層體系經(jīng)歷了從剛性加強層到“有限剛度”加強層的概念設(shè)計轉(zhuǎn)變,但是由于加強層導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度和內(nèi)力突變的本質(zhì)沒有改變。如何改進(jìn)加強層設(shè)計,使其能夠呈現(xiàn)出延性屈服機(jī)制,一直是重點研究課題。隨著建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展,伸臂桁架的設(shè)置向更高效、合理的方向發(fā)展,除了常規(guī)的普通支撐型伸臂桁架外,屈曲約束支撐型伸臂桁架、阻尼型伸臂桁架等新型伸臂桁架形式,也開始進(jìn)入工程設(shè)計的視野。相對于外框架來說,伸臂桁架受建筑造型因素的制約更少,結(jié)構(gòu)功能更為純粹,通過對其耗能機(jī)制、設(shè)置方式等的研究,得到的成果更具有普適性。同時,伸臂桁架形式的改進(jìn),一方面可以減輕加強層的剛度突變,另一方面可以加強伸臂桁架的耗能能力,具有廣闊的應(yīng)用前景。本文從常見超高層建筑的典型結(jié)構(gòu)體系:框架-核心筒-伸臂桁架體系入手,選取采用單道伸臂桁架和多道伸臂桁架體系的兩個工程實例,通過試驗研究、計算分析和理論推導(dǎo),對普通支撐型、屈曲約束支撐型和阻尼型伸臂桁架的受力性能和耗能性能進(jìn)行了研究,主要完成以下幾個方面的工作:(1)對國內(nèi)外在建或建成的超高層建筑進(jìn)行調(diào)研,對整體結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)和伸臂桁架性能目標(biāo)、耗能機(jī)制進(jìn)行統(tǒng)計歸納,綜述目前超高層建筑伸臂桁架設(shè)計的優(yōu)缺點。(2)針對普通支撐型、屈曲約束支撐型和阻尼型伸臂桁架,研究其數(shù)值等代模型的可靠性,并將數(shù)值模擬結(jié)果與滯回耗能試驗結(jié)果進(jìn)行對比研究,確定了不同類型伸臂桁架在超高層整體結(jié)構(gòu)有限元模型中的數(shù)值模擬方案。(3)以單道伸臂桁架的超高層體系為研究對象,對分別采用三種類型伸臂桁架結(jié)構(gòu)體系的超高層建筑的抗震性能進(jìn)行對比研究,包括不同地震水準(zhǔn)下結(jié)構(gòu)的層間位移角、周期、剛度比、伸臂層剛度突變、墻柱在伸臂層內(nèi)力突變,以及伸臂桁架和結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的性能目標(biāo)等問題,從而確定三種類型伸臂桁架的工程設(shè)計原則,并提供下一階段深入研究的基礎(chǔ)模型。(4)以單道伸臂桁架的超高層體系為研究對象,進(jìn)行了采用三種類型伸臂桁架結(jié)構(gòu)體系的超高層建筑耗能特性研究,以結(jié)構(gòu)耗能和結(jié)構(gòu)損傷為指標(biāo),對結(jié)構(gòu)總耗能和伸臂桁架在其中的耗能貢獻(xiàn),以及整體結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵構(gòu)件在罕遇地震作用下的塑性開展程度,進(jìn)行了綜合評估。評估結(jié)果表明,屈曲約束支撐型伸臂桁架和阻尼型伸臂桁架結(jié)構(gòu)體系,具有更好的結(jié)構(gòu)規(guī)則性和耗能性能。阻尼型伸臂桁架對核心筒的損傷程度控制效果更優(yōu),BRB伸臂桁架對整體結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)控制效果更優(yōu)。(5)以多道伸臂桁架的超高層體系為研究對象,對采用屈曲約束支撐型伸臂桁架的超高層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究,以耗能貢獻(xiàn)和結(jié)構(gòu)損傷程度為評價指標(biāo),對屈曲約束支撐伸臂桁架沿高度的設(shè)置位置與數(shù)量進(jìn)行了敏感性分析,確定了在中部樓層應(yīng)用屈曲約束支撐,具有最優(yōu)的耗能性價比。敏感性分析為采用多道伸臂桁架的超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了有價值的參考結(jié)論。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU973.17
【圖文】：

Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ邋ｓｔｏｒｅｙ邋ｏｆ邋ｈｉｇｈ邋ｒｉｓｅ邋ｂｕｉｌｄｉｎｇ逡逑超高層中的伸臂常見形式可歸納為如下三種基本類型：實體梁（或整層箱型梁）逡逑式、空腹桁架式、斜腹桿桁架式（圖１－２）。逡逑：ｉ：逡逑ＩＴｉｆｌ邋ｘｔ邋ｘ邋Ｉｎｎｉ逡逑ａ）實體梁式伸臂逡逑＊邋？邋，產(chǎn)々邋ｖ邋Ｊ邋廣邋．ｗ邋４邋Ｓｆ－＾．邋＾邋ｖ邋＿邋／、、，＂■邋？邋＾邋／邋－邋．：邋．邋．－：ｖ；ｙ＾，．．邋．．．．邋．邋．－邋Ａ邋＾邋邋邋＊－＇ｉｆ逡逑／邋Ｉ邋＾邐；邋ｊ逡逑＾ｘＩＸＸＺ：ｉｍｊ逡逑１１＾邋Ｉ邋／邋Ｉ邋＼邋１＾—＂－｜逡逑ｂ）空腹桁架式伸臂逡逑２逡逑

凝土都比較困難，因此經(jīng)常采用鋼桁架做伸臂，既便于工廠制作后現(xiàn)場拼裝，又可逡逑以減緩實腹伸臂導(dǎo)致的加強層剛度劇烈變化問題。鋼桁架伸臂的典型設(shè)置方式如逡逑圖１－３所示，實際應(yīng)用時，根據(jù)伸臂桁架高度、框架柱到剪力墻的進(jìn)深等因素，保逡逑證斜腹桿具有合理的斜率，從而選擇效率較高的設(shè)置方式。逡逑自２０世紀(jì)７０年代開始，國內(nèi)外的學(xué)者就已經(jīng)開始研究高層建筑中伸臂桁架逡逑的應(yīng)用。方鄂華等Ｗ對伸臂桁架設(shè)置位置進(jìn)行了研宄，在綜合考慮風(fēng)荷載和地震作逡逑用之后，研究結(jié)果表明，單道伸臂桁架設(shè)置在（０．６￣０．７）Ｈ位置時最優(yōu)；兩道伸臂桁逡逑架時，一道設(shè)置在屋頂層，一道設(shè)置在中部樓層處，可以得到較好的效果。徐培福逡逑等［２］研宄表明由于伸臂桁架剛度較大，其設(shè)置會顯著影響外圍框架柱、核心筒剪力逡逑墻的受力，宜采用“有限剛度”的加強層。逡逑＾邐

邋ｉ邋ｉｔ逡逑ｃ）斜腹桿式伸臂逡逑圖１－２超高層結(jié)構(gòu)伸臂設(shè)置方式逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｏｕｔｒｉｇｇｅｒ邋ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ｓｕｐｅｒ邋ｈｉｇｈ邋ｒｉｓｅ邋ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ逡逑伸臂所在樓層一般均需要布置通道，如果采用實腹梁，則需要開較大的洞口，逡逑而桁架和空腹桁架則便于設(shè)置通道�；炷凌旒芎涂崭硅旒艿哪０逯谱骱蜐仓戾义夏炼急容^困難，因此經(jīng)常采用鋼桁架做伸臂，既便于工廠制作后現(xiàn)場拼裝，又可逡逑以減緩實腹伸臂導(dǎo)致的加強層剛度劇烈變化問題。鋼桁架伸臂的典型設(shè)置方式如逡逑圖１－３所示，實際應(yīng)用時，根據(jù)伸臂桁架高度、框架柱到剪力墻的進(jìn)深等因素，保逡逑證斜腹桿具有合理的斜率，從而選擇效率較高的設(shè)置方式。逡逑自２０世紀(jì)７０年代開始，國內(nèi)外的學(xué)者就已經(jīng)開始研究高層建筑中伸臂桁架逡逑的應(yīng)用。方鄂華等Ｗ對伸臂桁架設(shè)置位置進(jìn)行了研宄，在綜合考慮風(fēng)荷載和地震作逡逑用之后，研究結(jié)果表明，單道伸臂桁架設(shè)置在（０．６￣０．７）Ｈ位置時最優(yōu)；兩道伸臂桁逡逑架時

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本文編號：2786431