带水平加强层的框架—筒体结构地震响应分析
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摘要
在高层、超高层框架—筒体结构中设置水平加强层，是提高结构的抗侧刚度，减小结构在水平荷载作用下的楼层位移，降低筒体弯矩的有效手段，在实际工程实践中得到了广泛应用。确定加强层设置方案的理论很多，其中最有代表性的是B.S.Smith由平面模型推导出的加强层最优设置理论。本文依据此理论，对一框架—筒体结构，按不同的加强层设置方案，进行了空间有限元动力分析，做了以下几方面的研究：
(1) 采用大型通用有限元分析软件ANSYS，依据有限元理论，选取合适的单元模拟结构各构件，建立起结构有限元分析模型。
(2) 对结构有限元模型进行模态分析，比较和总结了不同加强层设置方案下，结构自振特性的变化。为进一步动力分析打下基础。
(3) 采用振型分解反应谱法对结构进行水平地震动的动力分析，比较和总结了不同加强层设置方案下，结构的位移、内力的地震响应。分析了加强层对结构地震响应的影响。为此类结构的抗震设计提供了一定的参考依据和建议。
(4) 在对结构进行抗震动力分析的基础上，通过具体详细的定量分析研究，总结设置加强层对结构内力分配的影响规律，探讨水平加强层减小结构侧移、提高抗侧刚度的机理。
(5) 提出了实际工程设计中，确定加强层设置位置的建议，并给出了该结构模型设置一道水平加强层的最佳位置，可供相近工程实际参考。
Outrigger-braced structures as a modification of framed-tube structures is widely used in high-rise buildings, for it has a outstanding merit to improve the lateral stiffness, reduce the floor displacement and lessen the moment of the tube. Many theories on this aspect have been put forward. Among these theories, the most representative one is professor B. Stanford. Smith' s theory, which was made out from a planar model. Based on this theory, the thesis conducts a space dynamic analysis on a framed-tube structure that has different belted outrigger plans. The main contents of the analysis are listed out as below:
(1) On the basis of the FEA theory, uses the general FEA software ANSYS to set up a structure model.
(2) Through the modal analysis, compares and sums up the change of the free vibration characters of the model under different belted outrigger plans.
(3) By the means of response spectrum analysis, conducts horizontal seismic analysis to the model. Compares the force and displacement of the model under different belted outrigger plans. Then, gives suggestions on seismic design of the outrigger-braced structures.
(4) From the results of the seismic analysis, try to probe the rule that how the belted outrigger works to reduce the displacement and improve the lateral stiffness.
(5) Put forward advices on locating the optimum position of the belted outrigger. Moreover, gives the optimum position, when only one belted outrigger is to be settled.
(1) 采用大型通用有限元分析软件ANSYS，依据有限元理论，选取合适的单元模拟结构各构件，建立起结构有限元分析模型。
(2) 对结构有限元模型进行模态分析，比较和总结了不同加强层设置方案下，结构自振特性的变化。为进一步动力分析打下基础。
(3) 采用振型分解反应谱法对结构进行水平地震动的动力分析，比较和总结了不同加强层设置方案下，结构的位移、内力的地震响应。分析了加强层对结构地震响应的影响。为此类结构的抗震设计提供了一定的参考依据和建议。
(4) 在对结构进行抗震动力分析的基础上，通过具体详细的定量分析研究，总结设置加强层对结构内力分配的影响规律，探讨水平加强层减小结构侧移、提高抗侧刚度的机理。
(5) 提出了实际工程设计中，确定加强层设置位置的建议，并给出了该结构模型设置一道水平加强层的最佳位置，可供相近工程实际参考。
Outrigger-braced structures as a modification of framed-tube structures is widely used in high-rise buildings, for it has a outstanding merit to improve the lateral stiffness, reduce the floor displacement and lessen the moment of the tube. Many theories on this aspect have been put forward. Among these theories, the most representative one is professor B. Stanford. Smith' s theory, which was made out from a planar model. Based on this theory, the thesis conducts a space dynamic analysis on a framed-tube structure that has different belted outrigger plans. The main contents of the analysis are listed out as below:
(1) On the basis of the FEA theory, uses the general FEA software ANSYS to set up a structure model.
(2) Through the modal analysis, compares and sums up the change of the free vibration characters of the model under different belted outrigger plans.
(3) By the means of response spectrum analysis, conducts horizontal seismic analysis to the model. Compares the force and displacement of the model under different belted outrigger plans. Then, gives suggestions on seismic design of the outrigger-braced structures.
(4) From the results of the seismic analysis, try to probe the rule that how the belted outrigger works to reduce the displacement and improve the lateral stiffness.
(5) Put forward advices on locating the optimum position of the belted outrigger. Moreover, gives the optimum position, when only one belted outrigger is to be settled.
引文
【1】 B．S．SMITH，A．COULL著，陈瑜，龚炳年译．高层建筑结构分析与设计．地震出版社，1993
【2】 赵西安．钢筋混凝土高层建筑结构设计．中国建筑工业出版社，1992
【3】 刘大海，杨翠如．高层建筑抗震设计．中国建筑工业出版社，1993
【4】 沈聚敏，周锡元，高小旺，刘晶波．抗震工程学．中国建筑工业出版社，2000
【5】 傅学怡．实用高层建筑结构设计．中国建筑工业出版社，1999
【6】 滕智明主编．钢筋混凝土基本构件．清华大学出版社．1987
【7】 郭继武．建筑抗震设计．高等教育出版社．1990
【8】 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第24卷2期
【9】 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第11期
【10】 傅学怡．带刚性加强层RC高层建筑结构设计建议．建筑结构．1999，第10期
【11】 于安东．用水平加强层控制高层结构的侧移．建筑结构学报，1989，第6期
【12】 谢贻权，丁皓江等．弹性和塑形性力学中的有限单元法．机械工业出版社，1981
【13】 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．结构工程师．2000第四期
【14】 钟善桐，刘大林．刚伸臂在钢管混凝土高层框筒结构体系中的工作性能．哈尔滨建筑大学学报．2002年，第1期
【15】 徐培福，黄集锋等．带加强层的框架—核心筒结构抗震设计中的几个问题．建筑结构学报．1999年8月，第20卷第4期
【16】 梅占馨，冯仲奇．高层与超高层框架——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．1997年12月，第4期
【17】 丁圣果．用奇异函数分析高层建筑水平加强层的作用．贵州工学院学报．1996年5月，第25卷第3期
【18】 易方民，高小旺，张维嶽．水平加强层在超高层钢结构中的应用研究．建筑科学．2001年第一期
【19】 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年第2期
【20】 户川隼人著，殷荫龙等译．振动分析的有限元法．地震出版社，1985
【21】 徐稼轩，郑铁生．结构动力分析的数值方法．西安交通大学出版社，1983
【22】 胡聿贤，地震工程学．地震出版社，1988
【23】 包世华，方鄂华．高层建筑结构设计．清华大学出版社，1990
【24】 于建华，谢用久．高等结构动力学．四川大学出版社，2001
【25】 中华人民共和国建设部，国家质量监督检验检疫总局：GB50011-2001．建筑抗震设计规范．中国建筑工业出版社，2001
【26】 中华人民共和国行业标准：JGJ3-2001 J186-2002．高层建筑混凝土结构技术规程．中国建筑工业出版社，2002
【27】 吴高峰，杜健民，陈兴仲．ANSYS软件在高层建筑地震反应分析中的应用．兰州铁道学院学报(自然科学版)．2001年第六期
【28】 ANSYS用户手册．ANSYS公司
【29】 陈精一等．电脑辅助工程分析-ANSYS使用指南．中国铁道出版社，2001年
【30】 夸克工作室．有限元分析(基础篇)-ANSYS与MATLAB．清华大学出版社，2002
【31】 林耀南，黄楠楠．高层建筑的加强层设计．建筑结构．1998年第七期
【32】 何广乾等．高层建筑设计与施工．科学出版社
【33】 方鄂华，陈勇．筒中筒结构设置刚性层效果分析．烟台大学学报．1996年第3期
【34】 杨玛莎．框架简体结构刚性加强层设计探讨．建筑结构．1998年第10期
【35】 程绍革．钢—混凝土筒混合结构弹塑性反应分析及探讨．建筑结构．1998年第6期
【36】 邱仓虎，詹水勤，吴彦明，何广乾．深圳罗湖商务大厦结构修改设计．建筑结构学报．2002年第3期
【36】 汤华，王松帆．广州合银广场结构设计．建筑结构．2001年第7期
【37】 韦承基，刘经伟．高层建筑层间位移控制的建议．工程抗震．1994年第2期
【38】 杨天样．结构力学。高等教育出版社，1988
【39】 徐芝纶．弹性力学简明教程．高等教育出版社，1980
【40】 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年第2期
【41】 王亚勇．我国2000年抗震设计模式规范展望．建筑结构．1999年第6期
【42】 Stanford Smith, Nwaka, I,O. Behavior of Multitrigger Braced Tall
Building. ACI Special Publication SP-63,1980,515-514
【43】 Stanford Smith, salim I. Parameter Study of Outrigger Braced Structures. Proc. ACSE1O7, ST1O, October1981,2001-2014
【44】 Coull A, Lau Ho. Outrigger-Braced Structures Subjected to Equivalent Static Seismic Loading. Proc. 4th Int. Conf. on Tall Buildings, Hong Kong and Shanghai, Vol.1, Hong Kong, 1988, 395-401.
【45】 Boggs. P. C, Gasparini D A. Lateral Stiffness of Core/Outrigger System. J. Am. Inst. Steel Const. 20(4),1983.172-180
【46】 Moudarres. F.R. Outrigger-bracedCoupledShearwalls. J. Struct. en gineer. ASCE. 110(12).1984,2876-2890
【47】 Rutenberg. A. Earthquake Analysis of Belted High-rise building Structures. Engineer Struct. 1(3),1979,191-196
【48】 Taranath. B.S. Optimum Belt Truss Location for High-rise Structures, Struct Enginner. 53(8),1975,345-347
【49】 Cluck. J. Lateral Load Analysis of Asymmetric Multistory Structures. J. Struct. Div. ASCE96(2).1970.317-333
【50】 Osawa.Y. Seismic Analysis of Core-Wall Buildings. Proc. 3rd World Conf. on Earthquake Engineer. New Zealand. 1965.458-475
【51】 Coull. A, Stanfford Smith. B. Tall Buildings. Perganon Press, 1967
【52】 刘宇晨．钢管混凝土空间桁架简体结构的非线形分析．[硕士学位论文]．西南交通大学
【53】 曹明星．考虑底层两层框架-抗震墙砖房楼板变形的有限元分析．[硕士学位论文]．西南交通大学
【54】 朱敏．钢桁架—斜拉桥组合体系地震响应分析．[硕士学位论文]．西南交通大学
【55】 郑家树．大跨度钢管混凝土拱桥非线形地震反应分析．[硕士学位论文]．西南交通大学
【2】 赵西安．钢筋混凝土高层建筑结构设计．中国建筑工业出版社，1992
【3】 刘大海，杨翠如．高层建筑抗震设计．中国建筑工业出版社，1993
【4】 沈聚敏，周锡元，高小旺，刘晶波．抗震工程学．中国建筑工业出版社，2000
【5】 傅学怡．实用高层建筑结构设计．中国建筑工业出版社，1999
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【7】 郭继武．建筑抗震设计．高等教育出版社．1990
【8】 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第24卷2期
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【10】 傅学怡．带刚性加强层RC高层建筑结构设计建议．建筑结构．1999，第10期
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【12】 谢贻权，丁皓江等．弹性和塑形性力学中的有限单元法．机械工业出版社，1981
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【14】 钟善桐，刘大林．刚伸臂在钢管混凝土高层框筒结构体系中的工作性能．哈尔滨建筑大学学报．2002年，第1期
【15】 徐培福，黄集锋等．带加强层的框架—核心筒结构抗震设计中的几个问题．建筑结构学报．1999年8月，第20卷第4期
【16】 梅占馨，冯仲奇．高层与超高层框架——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．1997年12月，第4期
【17】 丁圣果．用奇异函数分析高层建筑水平加强层的作用．贵州工学院学报．1996年5月，第25卷第3期
【18】 易方民，高小旺，张维嶽．水平加强层在超高层钢结构中的应用研究．建筑科学．2001年第一期
【19】 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
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【26】 中华人民共和国行业标准：JGJ3-2001 J186-2002．高层建筑混凝土结构技术规程．中国建筑工业出版社，2002
【27】 吴高峰，杜健民，陈兴仲．ANSYS软件在高层建筑地震反应分析中的应用．兰州铁道学院学报(自然科学版)．2001年第六期
【28】 ANSYS用户手册．ANSYS公司
【29】 陈精一等．电脑辅助工程分析-ANSYS使用指南．中国铁道出版社，2001年
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【33】 方鄂华，陈勇．筒中筒结构设置刚性层效果分析．烟台大学学报．1996年第3期
【34】 杨玛莎．框架简体结构刚性加强层设计探讨．建筑结构．1998年第10期
【35】 程绍革．钢—混凝土筒混合结构弹塑性反应分析及探讨．建筑结构．1998年第6期
【36】 邱仓虎，詹水勤，吴彦明，何广乾．深圳罗湖商务大厦结构修改设计．建筑结构学报．2002年第3期
【36】 汤华，王松帆．广州合银广场结构设计．建筑结构．2001年第7期
【37】 韦承基，刘经伟．高层建筑层间位移控制的建议．工程抗震．1994年第2期
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【42】 Stanford Smith, Nwaka, I,O. Behavior of Multitrigger Braced Tall
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【46】 Moudarres. F.R. Outrigger-bracedCoupledShearwalls. J. Struct. en gineer. ASCE. 110(12).1984,2876-2890
【47】 Rutenberg. A. Earthquake Analysis of Belted High-rise building Structures. Engineer Struct. 1(3),1979,191-196
【48】 Taranath. B.S. Optimum Belt Truss Location for High-rise Structures, Struct Enginner. 53(8),1975,345-347
【49】 Cluck. J. Lateral Load Analysis of Asymmetric Multistory Structures. J. Struct. Div. ASCE96(2).1970.317-333
【50】 Osawa.Y. Seismic Analysis of Core-Wall Buildings. Proc. 3rd World Conf. on Earthquake Engineer. New Zealand. 1965.458-475
【51】 Coull. A, Stanfford Smith. B. Tall Buildings. Perganon Press, 1967
【52】 刘宇晨．钢管混凝土空间桁架简体结构的非线形分析．[硕士学位论文]．西南交通大学
【53】 曹明星．考虑底层两层框架-抗震墙砖房楼板变形的有限元分析．[硕士学位论文]．西南交通大学
【54】 朱敏．钢桁架—斜拉桥组合体系地震响应分析．[硕士学位论文]．西南交通大学
【55】 郑家树．大跨度钢管混凝土拱桥非线形地震反应分析．[硕士学位论文]．西南交通大学
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