带水平加强层的框—筒结构的受力性能分析
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摘要
众所周知，高层建筑物随着建筑高度的增加，其所受到的水平作用力对其的影响也会相对增大，导致其侧向位移也明显地增加。因此为了控制建筑结构因风荷载以及地震荷载对其位移的不利影响，结构的水平方向的变形已成为高层建筑结构中研究的主要课题之一。在近些年来，有些专家学者明确提出在框-筒结构中利用水平加强构件（即在内筒体和外框架柱之间采取设置刚度较大的水平伸臂大梁）来加强外框架柱和内筒体的相互作用，达到很好地控制其侧向变形的目的。对结构采取设置水平加强构件的措施，对减小风荷载和地震荷载下结构的侧向位移能够起到非常好的效果，但是，在地震作用下，水平加强层的设置，会引起结构内力以及结构的刚度突变，比较容易形成薄弱环节，往往使结构的损坏机制很难呈现延性屈服机制。
在本文中，运用有限元软件ANSYS，对框-筒结构设置不同的水平加强层方案，通过改变加强层处周边框架梁的尺寸，建立有限元分析模型。应用有限元分析软件ANSYS对不同的结构方案进行模态分析，比较两者的自振周期和振型特点。然后采用时程分析法对不同结构进行水平地震动力分析，比较和总结了不同水平加强层设置方案下，结构的位移、内力的响应规律；分析了设置加强层后高层建筑结构体系受力特征变化的规律，总结了水平加强层减小结构侧移，提高结构抗侧刚度的机理，为此类结构的抗震设计提供一定的参考建议。
It is well known that impact on level load increases accordingly, and sidewisedisplacement improves quickly, with the height updating of high-story buildingHence，control of sidewise distortion of high-story building under the role of seismicload and wind load turns into a significant subject of research on high-storybuilding．In recent years，some scholars have put forward that the strengthened storystructure should be used in reinforcing the collaborative role between tube structureand the columns in the ambient story to command sidewise shape, accordingly to putlevel bracket with rigid number between the tube and the columns. or setcircumambient region with rigid quality along the lesser frame, which is the mostsimply used structural form of frame-tube wall form with level strengthened story．It isan effective step to stop the form level-moving oppose the influence of the wind bysetting the level strengthened story．When the effect of earthquake occur．It will leadto an unexpected change in the stiffness and internal force of the structure,and lead tocompose a lepto layer, which will cause it tricky for the inside mechanism of thestructure to implement its expansion bending system．
In this paper, the large-scale finite element software ANSYS, which is resettled toestablish the finite element analysis model according on the basis of the setting schemeof the frame-tube structure with various level strengthened story．Then, we adoptedthe time-history analysis method to analyze the level seismic power for variousstructures，and a summarize and compare seismic response of displacement period,response inherent force of structure with different level enhanced story, summarizemechanics of reduction of level displacement and improvement of level resistant andrigidity of structure on the basis of the level seismic analysis，and also provide somesuggestions for the seismic design for the same structure for reference．
在本文中，运用有限元软件ANSYS，对框-筒结构设置不同的水平加强层方案，通过改变加强层处周边框架梁的尺寸，建立有限元分析模型。应用有限元分析软件ANSYS对不同的结构方案进行模态分析，比较两者的自振周期和振型特点。然后采用时程分析法对不同结构进行水平地震动力分析，比较和总结了不同水平加强层设置方案下，结构的位移、内力的响应规律；分析了设置加强层后高层建筑结构体系受力特征变化的规律，总结了水平加强层减小结构侧移，提高结构抗侧刚度的机理，为此类结构的抗震设计提供一定的参考建议。
It is well known that impact on level load increases accordingly, and sidewisedisplacement improves quickly, with the height updating of high-story buildingHence，control of sidewise distortion of high-story building under the role of seismicload and wind load turns into a significant subject of research on high-storybuilding．In recent years，some scholars have put forward that the strengthened storystructure should be used in reinforcing the collaborative role between tube structureand the columns in the ambient story to command sidewise shape, accordingly to putlevel bracket with rigid number between the tube and the columns. or setcircumambient region with rigid quality along the lesser frame, which is the mostsimply used structural form of frame-tube wall form with level strengthened story．It isan effective step to stop the form level-moving oppose the influence of the wind bysetting the level strengthened story．When the effect of earthquake occur．It will leadto an unexpected change in the stiffness and internal force of the structure,and lead tocompose a lepto layer, which will cause it tricky for the inside mechanism of thestructure to implement its expansion bending system．
In this paper, the large-scale finite element software ANSYS, which is resettled toestablish the finite element analysis model according on the basis of the setting schemeof the frame-tube structure with various level strengthened story．Then, we adoptedthe time-history analysis method to analyze the level seismic power for variousstructures，and a summarize and compare seismic response of displacement period,response inherent force of structure with different level enhanced story, summarizemechanics of reduction of level displacement and improvement of level resistant andrigidity of structure on the basis of the level seismic analysis，and also provide somesuggestions for the seismic design for the same structure for reference．
引文
[1]中国建筑科学研究院.钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程.北京:中国建筑工业出版社，2001.
[2]刘大海，杨翠如，钟锡银.高层建筑抗震设计.北京:中国建筑工业出版社，1993.
[3]刘大海，杨翠如，高层建筑结构方案优选.北京:中国建筑工业出版社，1996.
[4] B.S.TARANATH. Optimum belt truss locations for high-rise Structures. TheStructural Engineer，1975，53（8）:345-347.
[5] J.M.MCNABB,B.B.MUVDI.Discussion of Drift Reduction Factors for BeltHigh-Rise Structures AISC Engineering Journal，1977,14（1）:21-33.
[6] B.STAFFORD SMITH,IRAWAN SLALIM. Parameter Study ofOutrigger-Braced Tall Building Structures.Journal of the structure division,ASCE,1981（6）:2001-2014.
[7] P.C.BOGGS,D.A.GASPARINI. Lateral Stiffness of Core/OutriggerSystems.AISC Engineering journal,1983,20（4）:172-180.
[8] COULL&W.H.0.LAU.0utrigger Braced Structures Subjected to StaticSeismic Load.Proc.4th int.conf.on Tall Buildings，Hong Kong and Shanghai，1988（1）:395-401.
[9] F.R.MOUDARRES，A.COULL.Free vibration of outrigger-braced struetures.Proc. Inst.Civ.Engrs.1985，79（2）:172-180.
[10]龚冯燕，张良铎．高层钢结构建筑带状支撑桁架最佳效果的研究，第十届全国高层会议论文集.
[11]何若全，屠永清.刚性伸臂桁架结构的工作性能，第十一届全国高层会议论文.
[12]朱杰江，王颖，江蔷.带加强层框架-芯筒结构设计的若干建议．建筑结构．2001，31（11）:15-17.
[13]熊军.高层建筑水平加强层最优位置分析，烟台大学学报，2000（3）：8-13.
[14]梅占馨，冯仲齐.高层与超高层框架一核芯筒结构中刚性加强层的布置对侧移控制作用的研究．应用力学学报.第14卷第4期，1997.12(2):58-63.
[15]陈勤.带加强层框架-芯筒结构自振特性分析及伸臂刚度优化．天津大学硕士论文，1999年.
[16]易方民、高小旺．水平加强层在超高层钢结构中的应用研究，建筑科学2001，17（1）：15-20.
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[18]熊军，刘彦青.高层建筑水平加强层体系的自由振动分析．烟台大学学报．1999（2）51-57.
[19]汪大绥，严敏.刚性楼层的受力特性及其在实际工程中的应用，第十一届全国高层会议论文集.
[20]张坦贤、宋宏忠.超高层建筑加强层设置若干问题的探讨，第三届中日建筑结构技术交流会，1997年.
[21]朱幼麟.具有水平加强层的简体结构内力分析，建筑结构，1995（10）：163-168.
[22]袁兴隆.高层建筑加强层的研究与应用分析．贵州工学院学报，1995，24（2）：28-33.
[23]阮永辉，吕西林.带水平加强层的超高层结构的力学性能分析．结构分析．2000（4）：16-21．
[24]钟善桐，刘大林.刚性伸臂在钢管混凝土高层框筒结构体系的性能．哈尔滨建筑大学学报．2002（1）：55-60．
[25]徐培福，黄集锋.带加强层的框架一核芯筒结构抗震设计中的几个问题．建筑结构学报．1999，20（4）：23-27．
[26]欧健军.框架-核芯筒高层建筑设置水平层问题的研究.建筑材料与施工，2004（2）:30-32.
[27]余安东.用水平加强层控制高层结构的侧移.建筑结构，1988，18（4）:30-38.
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[29]傅学怡.带刚性加强层R.C高层建筑结构设计建议，建筑结构，1999,29（10）：44-47.
[30]朱杰江.带加强层框架-芯筒结构体系受力特性的研究:[河海大学博士学位论文].南京:河海大学土木学院，2000.
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[33]欧建军.框架-核心筒高层建筑设置加强层问题的研究[J].广东建材，2004，（4）；30-32.
[34]郑浩，王全凤.对“外钢框架-核心筒结构”的初步探讨.福建建筑，2000，68（3）；24-26.
[35]（加〕B.S.史密斯，陈瑜等译校.高层建筑结构分析与设计.北京:地震出版社，1993.
[36]郭继武.建筑抗震设计.北京:高等教育出版社，1990.
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[38] Peter Fajfar and Peter Gaspersic．The N2method for the seismic damageanalysis of RC buildings[J]， Earthquake Engineering and Structure Dynamics，1996，25，31-46.
[39] R．S．Lawson，V．Vance and H．Krawinkler．Nonlinear static push-overanalysis-Why，when and how[C]，Proc．5th U．S．Conference on EarthquakeEngineering，Chicago，1994，Volumel，283-292.
[40] Helmut Krawinkler and G．D．P．K．Senerviratna．Pros and cons of a push-overanalysis of seismic performance evaluation[J]，Engineering Structures，1998，20452-464.
[41] Kaspar Peter．Application of the Capacity Spectrum Method to R．C．Buildingswith Bearing walls[CD]，12th World Conference On Earthquake Engineering，Paper No.0609,2000.
[42] Misel Requena．Evaluation of a Simplified Method for the Determination of theNonlinear Seismic Response of RC Frames[CD]，12th World Conference onEarthquake Engineering，Paper No．2109,2000.
[43] Sangdae KIM．Seismic Evaluation of High-rise Buildings by Modified DynamiCInelastic Analysis Methods[CD]，12th World Conference on EarthquakeEngineering Paper No．2320，2000.
[44] Chopra，A．K．and Goel，R．K．（2002）．A modal pushover analysis procedurefor estimating seismic demands for buildings[J]，Earthquake Structure Dyn，31（3），561-582.
[45]叶献国，周锡元．建筑结构地震反应简化分析方法的进一步改进．合肥工业大学学报，2000，23（2）：149-153.
[46]叶燎原，潘文．结构静力弹塑性分析（push-over）的原理和计算实例．建筑结构学报，2000，21（1）：37-43.
[47]田颖，钱稼茹，刘风阁.在用RC框架结构基于位移的抗震性能评估．建筑结构，2001（7）：53-59.
[48]结构静力弹塑性分析（Push-over）方法的改进.建筑结构学报，2000，21（1）：44-50.
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