带偏心支撑钢框架_混凝土核心筒结构抗震性能研究

带偏心支撑钢框架 - 混凝土核心筒结构抗震性能研究
舒兴平 , 刘小山, 卢倍嵘, 梁
( 湖南大学 土木工程学院 , 湖南 长沙
霄
410082)
摘
要 : 在高层钢框架 - 混凝土核心筒结构的外钢框架部分加设多列式并连偏心支撑 、
多列帽腰连偏心支撑 , 采用结构分析与设计的通用有限元分析软件对未设支撑、 设置偏心支 撑、 改变偏心支撑的位置和数量的高层钢框架 - 混凝土核心筒结构的地震反应特性进行了分 析 . 利用振型分解反应谱法对该结构的自振周期 、 结构侧移、 层间位移角、 倾覆力矩比、 各层 总剪力 、 各层总弯矩、 钢框架承担的剪力及剪力调整系数等指标进行了研究. 根据分析结果 提出了高层钢框架 - 混凝土核心筒结构抗震设计的偏心支撑分布方式和帽腰支撑设置的原 则 , 为实际工程设计提供了理论参考 . 关键词 : 钢框架 - 混凝土核心筒结构 ; 偏心支撑 ; 地震反应 中图分类号 : T U311 文献标识码 : A
( e) 方案 E ( f ) 方案 F
mm 25 m; 次梁截面为 H 500 m m 200 mm mm 16 mm ; 支撑截面为 H 350 mm 350 mm
图2 F ig. 2
A~ G 轴结 构立面图 A~ G ax is elevation
mm 25 mm; 筒内、 筒外楼板为普通钢筋混凝土楼
构的自振周期的比较如表 2 所示. 由表 2 可以看出 , 偏心支撑布置在外围钢框架不同位置引起结构整体 刚度存在一定的规律. 同一振型的自振周期的大小 顺序是 : 无支撑 > 方案 B> 方案 A> 方案 C, 无支撑 > 方案 D> 方案 E> 方案 F. 对多列式并连支撑方案
表 2 各方案结构自振周期的比较 Tab. 2 Comparison of the natural vibration period
Research on t he Seismic Perform ance of Steel Fram e concrete Core T ube St ructures w ith Eccentrical Braces
SHU Xing ping , L IU Xiao shan, LU Bei rong, L IANG Xiao
( College of Civil Eng ineering, Hunan U niv, Changsha, Hunan 410082, China)
Abstract: Several addit ional parallel out eccentrical braces and cap connect ion or waist connection eccent rical braced w ere considered in t hehigh rise st ruct ure syst em . T he seism ic response propert ies of t he syst em for t hree models: the one w ithout braces, t he one w ith eccentrical braces, and t he one w ith eccentrical braces in the loca t ion and number, w ere carried out through g eneral finite element sof tw are. T he vibrat ion mode decom posit ion spect rum of t he st ructure w as carried out t hrough t he analysis of t he natural vibrat ion period, t he displacement, the inter story drift angle, t he ratio of overt urning moment, the t otal shear for each floor, t he tot al moment for each floor, t he shear undertaken by st eel framew ork, the shear adjustment f actor and ot her indicators. T he re sult s provide a reference for t he design of the dist ribut ion of several addit ional parallel out eccent rical braces and the set up of the cap connect ion or waist connect ion eccentrically braced of st eel frame concret e core tube struc t ure in the fut ure. Key words: st eel frame concrete core tube structure; eccent rical brace; seismic response
第 36 卷 第 8 期 2 0 0 9 年 8 月 文章编号 : 1674 2974( 2009) 08 0007 05
湖 南 大 学 学 报 ( 自然科学版) Journal of Hunan U niversity ( N atural Sciences)
Vol. 36, No. 8 Aug 2 0 0 9
方案周期 / s 1 2 3 4 5 6 7 8 9 多列式并连支撑 A 2. 73 2. 73 1. 33 0. 63 0. 63 0. 45 0. 28 0. 28 0. 17 B 2. 75 2. 75 1. 36 0. 64 0. 64 0. 46 0. 27 0. 28 0. 18 C 2. 60 2. 57 1. 32 0. 62 0. 62 0. 45 0. 28 0. 27 0. 17 无支撑 2. 99 2. 99 1. 50 0. 68 0. 68 0. 52 0. 29 0. 29 0. 27 D 2. 81 2. 81 1. 48 0. 70 0. 70 0. 51 0. 30 0. 30 0. 29 多列帽腰连支撑 E 2. 70 2. 70 1. 47 0. 69 0. 69 0. 51 1. 29 0. 29 0. 21 F 2. 66 2. 66 1. 44 0. 68 0. 68 1. 50 0. 29 0. 29 0. 20 无支撑 3. 07 3. 07 1. 60 0. 71 0. 71 0. 56 0. 31 0. 31 0. 29
第8期
舒兴平等 : 带偏心支撑钢框架 - 混凝土核心筒结构抗震 性能研究
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计算结果分析
多列式并连支撑方案、 多列帽腰连支撑方案结
而言 , 方案 B 与方案 C 第 1 振型 ( 平动 ) 的周期相差 达 5. 7% 左右, 第 2 振型 ( 平动 ) 的周期相差达 7. 4% 左右, 第 3 振型( 扭转) 的周期相差达 3. 8% 左右 ; 对 多列帽腰连支撑方案而言, 方案 D 与方案 F 的第 1, 第 2 振型 ( 平动 ) 的周期的最大值 和最小值相差达 5. 6% 左右, 第 3 振型( 扭转 ) 的周期相差达 2. 8% 左 右 , 无支撑方案的第 1 周期比方案 F 大 15. 4% , 第 3 周期比方案 F 大 11. 1% . 可见支撑在外围钢框架上 的布置方式对结构的低阶自振周期有一定的影响.
钢框架 - 混凝土核心筒结构体系是近年来在我 国迅速发展的一种结构体系. 由于其在降低结构自 重、 减少结构断面尺寸和加快施工进度等方面的明 显优点, 已引起工业界和投资商的广泛关注. 目前 , 国内外对这种混合结构体系抗震性能的 研究还比较少 . 现行规范、 规程
[ 1- 4]
构形式, 还没有提出一套完整的结构抗震设计方法 与构造措施, 对其在地震作用下的反应特征也知之 甚少 . 国内研究大多针对的是钢框架或型钢混凝土 框架和混凝土核心筒的混合结构 [ 5- 7] , 由于结构中 筒体的强度、 延性相对不足, 而刚度相对有余 ; 外框 架刚度相对不足, 强度、 延性相对有余, 使钢与混凝
中关于这 种结
收稿日期 : 2009 01 26 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( 50748029) ; 国家 985 资助项目 ; 湖南省自然科学基金重点资助项目 ( 09JJ3102) 作者简介Fra Baidu bibliotek: 舒兴平 ( 1962- ) , 湖南常德人 , 湖南大学教授 , 博士生导师 通讯联系人 , E mail: shuxingping@ sina. com
板 , 板厚 150 mm, 采用压 型钢板 GB/ T 12755 ! 91 的 YX75- 230- 690( ∀ ) ; 钢材均为 Q345. 支撑的 布置方案参考了文献 [ 9- 10] 中钢框架- 支撑结构 体系支撑的布置方案, 在带偏心支撑的钢框架 - 混凝 土核心筒结构的外围钢框架上进行不同的偏心支撑 的布置, 偏心 支撑选用八字形 式, 布置方 式图 2 所 示 . 方案 A, B, C 为多列式并连支撑的布置 ; 方案 D, E, F 为多列帽腰连支撑的布置 , 与方案 A 不同的是 在结构的外围钢框架的 20 和 21 层上加设横向腰桁 架 , 支撑的截面采用 H400 mm 核心筒厚度均减 50 mm.
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湖南大学学报 ( 自然科学版 )
2009 年
土筒体的抗震性能不协调, 它们不能合理地分担地 震力[ 8] . 对结构框架部分加设偏心支撑可以增加框 架部分的刚度和地震力分担能力 , 从而能够更充分 地利用核心筒的刚度、 框架的延性和偏心支撑良好 的抗震性能 . 因此偏心支撑的设置对结构的整体性 能和框架与筒体协调工作是有利的 . 本文研究了带偏心支撑的钢框架 - 混凝土核心 筒结构的地震反应特性. 利用振型分解反应谱法对 未设偏心支撑、 设置偏心支撑、 改变偏心支撑设置位 置和设置数量后 , 对带偏心支撑钢框架 - 混凝土核心 筒结构进行分析计算 . 探讨结构的自振周期、 结构侧 移、 结构层间位移角、 倾覆力矩比、 各层总剪力、 各层 总弯矩、 钢框架承担的剪力及剪力调整系数等参数 如何影响带偏心支撑的高层钢框架 - 混凝土筒体结 构的抗震性能.
平面尺寸为 42 m
42 m, 底层层高为 4 m, 标
准层层高 3. 3 m, 建筑总高度为 132. 7 m. 抗震设防 烈度为 7 度, 场 地类 别为 类 , 结 构的 阻 尼比 取 0. 05, 设计地震分组为第二组 . 主要构件的截面尺寸 见表 1. 其中 : 主梁截面为 H 550 mm 220 m m 12 10 25
400 mm 25 mm
25 mm, 考虑到加设腰桁架结构刚度的增大, 混凝土
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计算模型
本文对一 40 层带偏心支撑的钢框架 - 混凝土核
心筒结构进行了地震反应特性分析 . 结构的平面布 置如图 1 所示.
( a) 方案 A
( b) 方案 B
( c) 方案 C
( d) 方案 D
图 1 结构二层平面布置图 Fig . 1 Layout chart of the seco nd floor
表 1 构件截面尺寸 Tab. 1 Sectional dimension
层数 1~ 10 11~ 20 21~ 30 31~ 40 墙 Q1 / mm 400 400 350 350 墙 Q2 / mm 300 300 250 250 墙砼 等级 C50 C40 C40 C35 钢柱截面 / ( mm mm mm) # # # # 700 700 600 600 700 700 600 600 35 30 25 20 钢材 牌号 Q 345 Q 345 Q 345 Q 345