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高层钢结构忽略竖向支撑承受竖向荷载作用的合理性研究

作　者: 陶健
导　师: 李忠学
学　校: 浙江大学
专　业: 结构工程
关键词: 高层钢结构竖向支撑水平荷载竖向荷载支撑刚度二阶效应伸臂桁架刚性环梁楼板刚度
分类号: TU755.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

高层钢结构同时承受水平荷载与竖向荷载。竖向支撑作为高层钢结构中主要的抗侧力构件,承担了水平荷载作用产生的大部分剪力。在实际分析竖向支撑的受力时往往只考虑水平荷载的作用,而忽略竖向荷载作用产生的支撑内力。随着高层钢结构建筑的不断发展,建筑高度不断提升,结构形式也越来越复杂,在某些情况下分析竖向支撑内力时,考虑与不考虑竖向支撑承受竖向荷载的作用往往会产生较大的偏差。本文利用ansys强大的参数化设计与数据后处理功能,对结构进行模块化的建模设计,针对框架-支撑体系、框架内筒体系、筒中筒体系、成束筒体系、巨型支撑外筒体系以及巨型框架体系等六种不同的高层钢结构体系,分析了考虑与不考虑竖向支撑承受竖向荷载时其受力的计算偏差。研究了在结构设计时忽略竖向支撑承受竖向荷载作用的合理性。通过计算支撑框架只施加水平荷载与取消支撑的框架只施加竖向荷载时构件的内力迭加值,并将其与同时承受水平与竖向荷载的支撑框架的构件内力值进行对比,探讨了考虑与不考虑竖向支撑承受竖向荷载作用时对于结构其他构件受力的影响情况。分析框架-支撑体系与框架内筒体系时,考虑与不考虑竖向支撑承受竖向荷载作用,支撑的内力的偏差范围在1%-10%之间,特别是对于人字型支撑,考虑其承受竖向荷载时的影响明显小于单斜杆支撑。在筒中筒与成束筒结构的计算比较中发现,前者由于其外筒侧向刚度较大,竖向荷载在竖向支撑中所占的效应较大,而成束筒体系由于各框筒独自承担了各自的竖向荷载,考虑与不考虑支撑承受竖向荷载作用时,其轴力值的偏差范围基本上都在7%以内。通过对巨型支撑外筒体系与巨型框架体系的受力比较分析发现,巨型支撑在承担水平荷载的同时承担了大部分的竖向荷载,而后者在考虑与不考虑竖向支撑承受竖向荷载作用时其结构中下部的支撑轴力值偏差范围在20%-30%之间,因此,对这种结构体系应充分考虑到支撑内力中的竖向荷载效应。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-20
  1.1 引言  10-13
    1.1.1 高层钢结构体系概述  10
    1.1.2 抗侧力结构体系概述  10-12
    1.1.3 高层钢结构设计特点  12-13
  1.2 竖向支撑受力分析的研究现状  13-15
    1.2.1 不同竖向支撑类型的受力特点  13-14
    1.2.2 考虑竖向支撑承受竖向荷载时的内力分析  14-15
  1.3 高层钢结构中的荷载效应浅析  15-17
    1.3.1 不同荷载类型对结构特征值屈曲影响  15-16
    1.3.2 不同荷载类型对结构动力特性的影响  16-17
  1.4 本文的主要工作  17-20
第二章框架-支撑及框架内筒体系竖向支撑受力分析  20-48
  2.1 引言  20-21
  2.2 框架-支撑体系竖向支撑受力分析  21-35
    2.2.1 结构模型  21-23
    2.2.2 考虑承受竖向荷载时的竖向支撑受力分析  23-27
    2.2.3 考虑支撑承受竖向荷载时对结构内力影响分析  27-32
    2.2.4 考虑二阶效应对框架-支撑结构内力影响分析  32-35
  2.3 框架内筒体系竖向支撑受力分析  35-46
    2.3.1 结构模型  35-37
    2.3.2 考虑承受竖向荷载时的竖向支撑受力分析  37-41
    2.3.3 伸臂桁架对竖向支撑受力影响分析  41-44
    2.3.4 支撑连接方式对竖向支撑受力影响分析  44-46
  2.4 本章小结  46-48
第三章筒中筒及成束筒体系竖向支撑受力分析  48-74
  3.1 引言  48-49
  3.2 筒中筒体系竖向支撑受力分析  49-62
    3.2.1 结构模型  49-51
    3.2.2 考虑承受竖向荷载时的竖向支撑受力分析  51-54
    3.2.3 支撑刚度对竖向支撑受力影响分析  54-58
    3.2.4 梁柱连接方式对竖向支撑受力影响分析  58-62
  3.3 成束筒体系竖向支撑受力分析  62-72
    3.3.1 结构模型  62-64
    3.3.2 考虑承受竖向荷载时的竖向支撑受力分析  64-67
    3.3.3 刚性环梁设置对竖向支撑受力影响分析  67-70
    3.3.4 "密柱"设置对竖向支撑受力影响分析  70-72
  3.4 本章小结  72-74
第四章巨型支撑外筒及巨型框架体系竖向支撑受力分析  74-102
  4.1 引言  74-75
  4.2 巨型支撑外筒体系竖向支撑受力分析  75-89
    4.2.1 结构模型  75-77
    4.2.2 两种荷载工况下巨型竖向支撑受力分析  77-80
    4.2.3 外框架裙梁对巨型竖向支撑受力影响分析  80-84
    4.2.4 外框架柱对巨型竖向支撑受力影响分析  84-89
  4.3 巨型框架体系竖向支撑受力分析  89-100
    4.3.1 结构模型  89-91
    4.3.2 考虑承受竖向荷载时的巨型柱支撑受力分析  91-94
    4.3.3 巨型构件支撑承受竖向荷载时对结构内力影响分析  94-98
    4.3.4 楼板刚性假定对竖向支撑受力影响分析  98-100
  4.4 本章小结  100-102
第五章结论与展望  102-105
  5.1 本文内容总结  102-104
  5.2 本文的不足与展望  104-105
参考文献  105-106

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