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考虑附加扭矩的高层建筑抗扭设计及研究

作　者: 毛林涛
导　师: 刘继明
学　校: 青岛理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 扭转效应 抗扭指标 振型分解反应谱法 附加扭矩
分类号: TU973
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 32次
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内容摘要


建筑结构特别是不规则结构的扭转效应会加剧结构在地震中的震害,这在历次地震中都有体现。提出实用合理的设计措施对其进行控制就显得十分必要,现行规范把控制结构扭转位移比和平扭周期作为控制结构扭转效应的指标,然而扭转位移比和平扭周期比作为控制指标还有其不合理性。它的不合理性主要体现在以下三个方面:(1)扭转位移比是个相对量,它不能反应结构实际变形,在实际应用中具有其不适用性。例如带附房的偏心结构,它的底部平动位移受到限制,按规范中扭转位移比限制将不允许出现扭转,这是不合理的。同样结构平动位移较大,允许出现的扭转位移也相应变大,这也是不合理的。(2)扭转位移比作为结构抗扭中的控制指标,实际上是限定了结构的平扭刚度,这和扭转位移比在根本上是一致的。扭转周期比受偏心的影响较大,扭转周期比作为控制指标的必要性有待探讨。(3)现行规范考虑了扭转位移对剪力的放大作用,但未考虑层间扭转角θ产生的附加扭矩对竖向构件受力的影响。附加扭矩使竖向构件处于压、弯、剪、扭复合受力状态,降低了结构的安全性能。针对以上问题,本文探讨了在弹性范围内各扭转指标之间的关系,分析了附加扭矩对结构抗震的影响,对结构抗扭设计方法及措施提出建议。完成的主要工作和取得的主要结论有:(1)对比并评述了各国抗震规范结构抗扭控制指标及其抗扭设计措施。(2)分析了框架结构弹性扭转反应规律及各弹性指标之间的关系。(3)按现行设计规范及技术规程设计了设防烈度为8度的高层钢筋混凝土框架结构,计算扭转角θ产生的附加扭矩对竖向构件的影响。

全文目录


摘要  7-8
Abstract  8-9
第1章 绪论  9-17
  1.1 选题的背景和意义  9-10
  1.2 结构扭转效应国内外研究现状综述  10-12
    1.2.1 国外研究现状  10-11
    1.2.2 国内研究现状  11-12
  1.3 各国规范关于结构扭转控制对比  12-16
    1.3.1 结构不规则性准则与扭转控制指标  12-15
    1.3.2 计算模型与分析方法  15
    1.3.3 水平双向地震作用的结构范围及组合方法  15-16
  1.4 本文研究的内容和意义  16-17
第2章 结构扭转分析方法  17-28
  2.1 反应谱方法的基本理论  17-18
  2.2 振型数的确定及扭转振型的判定  18-21
    2.2.1 合理振型数的确定  18-19
    2.2.2 扭转振型的判定  19-20
    2.2.3 振型组合方法  20-21
  2.3 时程分析法  21-24
    2.3.1 时程分析法基本概念  22
    2.3.2 时程分析法的主要功能和步骤  22-23
    2.3.3 地震波的选用  23-24
  2.4 结构的振动计算模型  24-27
    2.4.1 结构整体分析模型  24-25
    2.4.2 单元分析模型  25-26
    2.4.3 材料和构件的滞回关系的选用  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章 结构弹性扭转反应规律  28-42
  3.1 单层结构弹性扭转反应规律及其控制指标  28-36
    3.1.1 质心与刚心的定义  28
    3.1.2 动力方程的建立  28-30
    3.1.3 相对扭转效应θr / u 及规律  30-34
    3.1.4 基底剪力变化  34-35
    3.1.5 扭转指标之间的关系  35-36
  3.2 多层偏心结构弹性扭转反应规律  36-41
    3.2.1 多层结构质心与刚心的定义  36-37
    3.2.2 动力方程的建立  37-38
    3.2.3 地震作用计算公式  38-40
    3.2.4 多层偏心建筑的扭转效应及影响规律  40-41
  3.3 本章小结  41-42
第4章 反应谱方法在ANSYS 中的实现  42-51
  4.1 有限元法简介  42-43
  4.2 ANSYS 软件简介  43-45
  4.3 ANSYS 物理环境创建  45-47
    4.3.1 ANSYS 中构件单元选择  45-47
    4.3.2 建模方法  47
  4.4 模态分析  47-48
  4.5 谱分析  48-50
    4.5.1 谱分析原理  48-49
    4.5.2 反应谱值计算  49-50
  4.6 本章小结  50-51
第5章 竖向构件的扭转研究  51-68
  5.1 竖向构件抗扭计算  51-53
    5.1.1 扭转位移比与扭转角的关系  51-52
    5.1.2 扭转角θ的计算方法  52
    5.1.3 竖向构件附加扭矩计算  52-53
  5.2 考虑附加扭矩竖向构件截面和配筋的验算  53-55
    5.2.1 附加扭矩对竖向构件截面尺寸影响  53
    5.2.2 附加扭矩构件配筋配筋影响  53-54
    5.2.3 附加扭矩对构件内力的影响  54-55
  5.3 分析实例  55-59
    5.3.1 工程概况  55-56
    5.3.2 创建模型和加载  56-57
    5.3.3 模态分析结果  57-58
    5.3.4 谱值求解  58-59
  5.4 结构设计参数验证  59-67
    5.4.1 扭转位移比验算  59-62
    5.4.2 平扭周期比验算  62
    5.4.3 层间位移角验算  62-63
    5.4.4 扭转角θ的计算  63-65
    5.4.5 扭转角θ对结构的影响  65-67
  5.5 本章小结  67-68
第6章 结论与展望  68-70
  6.1 结论  68-69
  6.2 展望  69-70
参考文献  70-73
攻读硕士学位期间发表的学术论文  73-74
致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 高层建筑 > 高层建筑结构
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