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超高层建筑巨型框架—核心筒体结构与其基础地基共同工作分析

作　者: 张正维
导　师: 龚耀清；王有凯
学　校: 河南理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 超高层建筑巨型框架-核心筒体结构半解析法上部结构与基础地基共同工作加劲薄壁筒组合体常微分方程求解器半无限大弹性地基
分类号: TU973.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

超高层建筑巨型框架-核心筒体结构按外部巨型框架是否设置巨型斜撑而分为不带斜撑巨型框架-核心筒体结构与带斜撑巨型框架-核心筒体结构,这种结构体系的空间工作能力很好,在荷载作用下,结构体系的各个部分之间能够协调一致地工作,具有很好的整体工作性能,是本世纪具有良好发展前景的超高层建筑结构新体系。本论文将超高层建筑巨型框架-核心筒体结构与其基础结构简化为一个支撑在半无限大弹性地基上的加劲薄壁筒组合体,从而建立了这种巨型结构体系的地基、基础、上部结构共同工作的分析模型,然后对该模型进行半离散化处理,也就是选取适当的节线,对该加劲薄壁筒组合体进行划分,并以节线上的未知形变函数为基本未知函数来描述结构体系的位移场或运动场,然后分别运用最小势能原理和哈密顿原理可将这种巨型结构体系的地基、基础、上部结构的共同工作分析和自由振动分析转化为一系列常微分方程组的边值问题和特征值问题,再利用常微分方程求解器进行求解。算例计算结果表明:分析模型是合理的、可行的,从而为超高层建筑不带斜撑巨型框架-核心筒体结构与带斜撑巨型框架-核心筒体结构的方案设计、初步设计、抗震概念设计以及整体性能评价提供了一种可行的分析方法与计算机程序。论文的主要工作如下:1.论述了超高层建筑巨型框架-核心筒体结构的发展前景和本研究的理论基础和工程意义;2.根据Mindlin关于一集中力作用在弹性体中的位移公式,采用能量等效原理导出了半无限大弹性地基相应于各种变形的等效刚度公式,从而为量化分析半无限大弹性地基与基础的相互作用奠定了基础;3.建立了超高层建筑巨型框架-核心筒体结构与其基础地基共同工作的半解析分析模型,讨论了如何对上部结构、基础、地基进行连续化处理以及如何选取未知的形变函数或广义坐标来描述结构系统在各种作用下的行为等问题;4.用半解析法对超高层建筑不带斜撑巨型框架-核心筒体结构与带斜撑巨型框架-核心筒体结构与其基础地基的共同工作和多维自由振动进行了分析计算,并对主要设计参数发生改变后,结构的受力特性与动力特性的变化趋势做了深入研究。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-39
  1.1 超高层建筑是21 世纪的必然选择  11-22
    1.1.1 高层建筑、超高层建筑的定义  11
    1.1.2 影响超高层建筑发展的因素  11-12
    1.1.3 世界超高层建筑发展概况  12-16
    1.1.4 我国超高层建筑的发展现状  16-20
    1.1.5 超高层建筑的发展趋势  20-22
  1.2 巨型结构的型式和特点  22-34
    1.2.1 引言  22-23
    1.2.2 巨型结构的工程实例  23-32
      1.2.2.1 巨型框架结构实例简介  25-28
      1.2.2.2 巨型桁架结构实例简介  28-29
      1.2.2.3 巨型悬挂结构实例简介  29-31
      1.2.2.4 巨型分离式筒体结构实例简介  31-32
    1.2.3 巨型结构体系发展前景分析  32-34
  1.3 巨型结构分析方法及其进展  34-36
  1.4 巨型结构需要研究的基本问题  36-37
  1.5 本文研究的主要内容  37-39
第2章超高层建筑巨型框架－核心筒体结构与其基础地基共同工作的半解析模型的建立  39-74
  2.1 概述  39-47
    2.1.1 高层建筑与其基础地基共同工作研究的发展回顾  39-41
    2.1.2 超高层建筑与其基础地基共同工作的计算理论  41-43
    2.1.3 超高层建筑巨型框架－核心筒体结构体系的结构特征  43-45
    2.1.4 超高层建筑巨型框架－核心筒体结构体系的优点  45-46
    2.1.5 超高层建筑巨型框架－核心筒体结构体系的研究现状  46-47
  2.2 上部结构的简化  47-56
    2.2.1 不带斜撑巨型框架－核心筒体结构工程实例  47-50
      2.2.1.1 深圳新华大厦  47-48
      2.2.1.2 台北101 大厦  48-50
      2.2.1.3 香港环球贸易广场  50
    2.2.2 带斜撑的巨型框架－核心筒体结构工程实例  50-54
      2.2.2.1 上海环球国际金融中心  50-54
      2.2.2.2 高雄亚洲企业中心  54
    2.2.3 上部结构简化模型的建立  54-56
  2.3 基础结构的简化  56-57
  2.4 地基模型的简化及等效刚度的确定  57-69
    2.4.1 地基模型的简化  57-62
      2.4.1.1 Winkler地基模型  58-59
      2.4.1.2 弹性半空间地基模型  59-61
      2.4.1.3 弹性半空间地基模型  61-62
    2.4.2 半无限大弹性地基等效刚度的确定  62-69
      2.4.2.1 等效刚度的推导  63-67
      2.4.2.2 地基土等效刚度的算例  67-69
  2.5 结构的受力状态与位移状态  69-73
    2.5.1 加劲薄壁筒组合体的应力与应变状态假定  69
    2.5.2 加劲薄壁筒组合体位移状态的描述  69-72
    2.5.3 位移函数的坐标变换  72-73
  2.6 本章小结  73-74
第3章超高层建筑巨型框架－核心筒体结构与其基础地基共同工作的半解析静力分析  74-102
  3.1 引言  74-75
  3.2 模型的建立  75-82
    3.2.1 基本假定  76
    3.2.2 上部结构的简化  76-81
      3.2.2.1 二级框架的简化  76-78
      3.2.2.2 巨型梁和巨型柱的简化  78-80
      3.2.2.3 巨型斜撑的简化  80-81
    3.2.3 基础结构的简化  81-82
    3.2.4 地基的简化以及地基与基础连接处的处理  82
  3.3 位移场的描述与控制方程的推导  82-90
    3.3.1 位移场的描述  82-83
    3.3.2 位移在局部与整体坐标系中的相互关系  83-84
    3.3.3 控制方程的推导  84-89
    3.3.4 内力在局部与整体坐标系中的相互关系  89-90
  3.4 算例与计算结果分析  90-98
  3.5 本章小结  98-99
  3.6 程序流程图  99-102
第4章超高层建筑巨型框架－核心筒体结构与其基础地基共同工作的半解析自由振动分析  102-130
  4.1 引言  102-104
  4.2 模型的建立  104
  4.3 位移场的描述及控制方程的推导  104-112
    4.3.1 加劲薄壁筒体应力与应变状态的假定  104-105
    4.3.2 位移场的描述  105-106
    4.3.3 位移在局部与整体坐标系中的相互关系  106-107
    4.3.4 控制方程的推导  107-112
  4.4 算例与计算结果分析  112-125
  4.5 本章小结  125-126
  4.6 程序流程图  126-130
第5章总结与展望  130-133
  5.1 结论  130-131
  5.2 展望  131-133
参考文献  133-139
致谢  139-140
附录  140-141
详细摘要  141-143

超高层建筑巨型框架—核心筒体结构与其基础地基共同工作分析

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