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钢筋混凝土巨型框架结构抗震分析及概念设计研究

作　者: 王东辉
导　师: 刘广义
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 钢筋混凝土巨型框架结构 动力特性 抗震概念设计 SAP2000 Pushover
分类号: TU973.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


钢筋混凝土巨型框架结构是高层建筑巨型结构体系的一个重要分支，具有良好的经济效益。它在保证结构整体稳定性及抗侧刚度的同时，还能够有效降低建筑成本，合理解决建筑功能要求与结构布置要求之间的矛盾，具有较为广阔的应用前景。但因采用该结构的建筑物尚未经过强震作用的检验，无震害经验可供参考，加之该结构构件繁多，其原型试验和模型试验研究均较为复杂，我国现行《高规》也未对其进行详细说明。于是，开展巨型框架结构抗震概念设计方面的研究具有较为重要的理论价值和工程实践意义。本文利用大型有限元分析设计软件SAP2000V14.1，分别建立了实腹梁式和空腹梁式钢筋混凝土巨型框架结构模型，对模型进行了模态分析、反应谱分析及弹塑性静力Pushover分析，从而对巨型框架结构的动力特性及抗震性能进行了较为深入地探讨。结果表明：钢筋混凝土巨型框架结构具有较好的整体性，其变形主要由前几阶振型决定；结构的弹性和弹塑性侧移曲线均呈弯剪型，各大层层间位移角曲线呈抛物线型；材料用量相等的前提下，空腹梁式巨型框架结构比实腹式梁式获得更大的抗侧刚度，但同时延性会降低；空腹梁式巨型框架结构中采用倒V型撑和交叉撑时结构动力特性接近，且二者刚度均大于采用八字撑时。依据巨型框架结构自身受力特点和优势，结合反应谱分析及弹塑性静力Pushover分析结果，本文提出巨型框架结构抗震概念设计建议如下：(1)适当提高次框架相对于主框架的刚度；(2)主、次框架分别遵循“强柱弱梁”原则；(3)主框架着重提高承载力，次框架着重提高延性；(4)对薄弱层及薄弱构件进行加强。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-9
第1章 绪论  9-17
  1.1 课题背景及意义  9-10
  1.2 巨型框架结构概述  10-14
    1.2.1 巨型框架结构的概念  10
    1.2.2 巨型框架结构的优点  10-12
    1.2.3 巨型框架结构的分类及工程实例  12-14
  1.3 巨型框架结构体系国内外研究现状  14-15
    1.3.1 巨型框架结构的试验研究  14-15
    1.3.2 巨型框架结构的理论分析  15
    1.3.3 巨型框架结构研究中的不足  15
  1.4 本文主要研究内容  15-17
第2章 Pushover 分析方法综述  17-24
  2.1 引言  17
  2.2 Pushover 分析方法的发展  17-18
  2.3 Pushover 分析方法的原理  18-22
    2.3.1 水平侧向力分布模式  19-21
    2.3.2 模态 Pushover 分析的步骤  21-22
  2.4 Pushover 分析在 SAP2000 中的实现  22-23
    2.4.1 塑性铰的概念  22
    2.4.2 塑性铰的定义  22-23
  2.5 本章小结  23-24
第3章 巨型框架结构的弹性地震反应分析  24-41
  3.1 巨型框架结构模型的设计  24-27
    3.1.1 新《高规》对复杂高层建筑结构的规定  24
    3.1.2 算例模型设计  24-27
  3.2 SAP2000 有限元模型的建立  27-28
    3.2.1 材料的本构关系  27
    3.2.2 单元的选择  27-28
    3.2.3 SAP2000 建模的顺序  28
  3.3 巨型框架结构模型的动力特性分析  28-31
    3.3.1 分析方法概述  28
    3.3.2 质量源的定义  28-29
    3.3.3 模态分析结果  29-31
  3.4 巨型框架结构模型的反应谱分析  31-34
    3.4.1 反应谱分析概述  31-32
    3.4.2 反应谱分析结果  32-34
  3.5 主框架构件刚度对结构弹性地震反应的影响  34-39
    3.5.1 主框架梁刚度对结构弹性地震反应的影响  35-36
    3.5.2 主框架柱刚度对结构弹性地震反应的影响  36-37
    3.5.3 不同支撑形式对结构弹性地震反应的影响  37-39
  3.6 本章小结  39-41
第4章 巨型框架结构的静力弹塑性分析  41-65
  4.1 引言  41
  4.2 分析前准备  41-42
    4.2.1 分析工况定义  41
    4.2.2 UBC 规范反应谱与中国规范反应谱参数转换  41-42
  4.3 实腹梁式巨型框架的静力弹塑性分析  42-50
    4.3.1 模型中塑性铰的指定  42
    4.3.2 结构反应分析  42-43
    4.3.3 性能点分析  43-44
    4.3.4 层间弹塑性位移角分析  44-48
    4.3.5 出铰顺序及状态分析  48-50
  4.4 空腹梁式巨型框架的静力弹塑性分析  50-55
    4.4.1 模型中塑性铰的指定  50
    4.4.2 结构反应分析  50-51
    4.4.3 性能点分析  51-53
    4.4.4 层间弹塑性位移角分析  53-54
    4.4.5 出铰顺序及状态分析  54-55
  4.5 巨型框架结构弹塑性性能规律分析  55-61
    4.5.1 主框架梁刚度对结构弹塑性性能的影响  56-58
    4.5.2 主框架柱刚度对结构弹塑性性能的影响  58-60
    4.5.3 不同支撑形式对结构弹塑性性能的影响  60-61
  4.6 抗震概念设计  61-64
    4.6.1 巨型框架结构合理屈服机制分析  62-63
    4.6.2 巨型框架结构抗震概念设计建议  63-64
  4.7 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-71
致谢  71

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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 > 各种结构设计 > 抗震设计
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