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挑檐对整体结构性能的影响分析

作　者: 张鑫鑫
导　师: 雷宏刚
学　校: 太原理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 悬挑结构风荷载竖向地震挑檐计算流体力学
分类号: TU311
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

中国建筑可以说是一门屋顶设计的艺术,近年来随着中国社会经济的发展,人们对建筑物的功能需求以及审美视角发生了改变,美观实用、造型新颖的高层建筑结构如雨后春笋般的涌现于人们眼前,在给城市增添靓丽风景的同时,也给结构设计分析带来了许多难题。甘肃泾川钢结构仿古塔采用“钢框架-支撑”体系,层层内收,沿竖向呈不规则结构,其挑檐悬挑尺寸较大,超过规范限定。对于大悬挑结构,风荷载、竖向地震荷载往往会成为结构的控制荷载。本论文以甘肃泾川舍利塔为研究背景,利用有限元分析软件ETABS和SATWE分别对结构进行实体建模,主要完成以下研究工作：1、对该仿古塔进行数值模拟分析,通过计算整体结构在风荷载和地震作用下的变形情况来验证该仿古塔的安全性。2、采用三种不同长度的挑檐模型,分别对结构进行风荷载与地震作用单工况分析,通过分析结果的对比,确定挑檐长度对结构性能的影响。3、采用四种不同角度的挑檐模型,分别对结构进行风荷载与地震作用的单工况分析,通过分析结果的对比,确定挑檐角度对结构性能的影响。4、选取结构中的典型挑檐,通过三种地震波,分析其在竖向地震作用下的加速度分布情况。5、以计算流体力学为理论依据,运用大型商业CFD模拟软件包Fluent对泾川仿古塔进行数值风洞实验模拟。通过对挑檐表面进行区域划分,得出大挑檐的风荷载体型系数分布规律,以供今后类似工程参考。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-22
  1.1 前言  10-11
  1.2 悬挑结构  11-14
  1.3 大挑檐研究现状分析  14-15
  1.4 抗风振理论  15-19
    1.4.1 研究抗风的必要性  15-17
    1.4.2 抗风理论的发展概况  17-19
    1.4.3 现行抗风理论的缺陷  19
  1.5 本文主要研究内容  19-22
第二章泾川某仿古塔有限元分析  22-48
  2.1 工程概况  22-24
  2.2 设计参数的选取  24-28
  2.3 计算模型与假设  28-29
    2.3.1 模拟单元的选取  28
    2.3.2 计算基本假定  28
    2.3.3 计算模型  28-29
  2.4 结构单工况分析  29-35
    2.4.1 恒荷载及活荷载  29-31
    2.4.2 风荷载及地震作用  31-35
  2.5 结构整体分析  35-48
    2.5.1 工况组合系数  35-37
    2.5.2 ETABS分析结果  37-41
    2.5.3 SATWE分析结果  41-45
    2.5.4 SATWE与ETABS分析结果比较  45-48
第三章挑檐长度对整体结构的影响  48-58
  3.1 不同挑檐长度结构的自振振型  48-51
    3.1.1 各挑檐长度结构三维模型  48-49
    3.1.2 短挑檐结构的空间振型  49-50
    3.1.3 不带挑檐结构的空间振型  50-51
  3.2 结构的自振周期比较  51-52
  3.3 变形比较  52-57
    3.3.1 风荷载作用下的最大层间位移  52-54
    3.3.2 地震作用下的最大层间位移  54-55
    3.3.3 水平力作用下结构最大位移  55
    3.3.4 竖向地震作用下的楼层最大位移  55-57
  3.4 本章小结  57-58
第四章挑檐角度对整体结构的影响  58-64
  4.1 不同挑檐角度结构的自振振型  58-60
    4.1.1 不同挑檐角度结构三维模型  58-59
    4.1.2 各挑檐角度结构的自振周期  59-60
  4.2 不同挑檐角度结构侧向变形比较  60-63
    4.2.1 风荷载作用下的最大层间位移  60-61
    4.2.2 地震作用下的最大层间位移  61-62
    4.2.3 不同挑檐结构的最大楼层位移  62-63
  4.3 本章小结  63-64
第五章大挑檐竖向地震作用分析  64-72
  5.1 多遇地震下挑檐的竖向加速度分布  65-68
    5.1.1 EL地震波作用下的竖向加速度时程分析  65-66
    5.1.2 唐山地震波作用下的竖向加速度时程分析  66-67
    5.1.3 TAR-TARZANA地震波作用下的竖向加速度时程分析  67-68
  5.2 罕遇地震下挑檐的竖向加速度分布  68-71
    5.2.1 EL地震波作用下的竖向加速度时程分析  68-69
    5.2.2 唐山地震波作用下的竖向加速度时程分析  69-70
    5.2.3 TAR-TARZANA地震波作用下的竖向加速度时程分析  70-71
  5.3 本章小结  71-72
第六章大挑檐风荷载体形系数分析  72-84
  6.1 概述  72-73
    6.1.1 研究背景  72
    6.1.2 计算流体动力学  72-73
  6.2 数值风洞模型的建立与分析  73-82
    6.2.1 计算流程  73-74
    6.2.2 参数选取  74
    6.2.3 几何模型的建立  74-75
    6.2.4 模型参数设置  75-76
    6.2.5 计算结果采集方法  76
    6.2.6 Fluent计算结果  76-78
    6.2.7 计算结果分析处理  78-82
  6.3 本章小结  82-84
第七章结论及建议  84-86
  7.1 结论  84-85
  7.2 建议  85-86
参考文献  86-94
附录  94-122
致谢  122-124
攻读硕士学位期间发表的学术论文  124

挑檐对整体结构性能的影响分析

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