钢框架_钢筋混凝土核心筒结构的协同工作性能分析
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为了提高钢框架R钢筋混凝土核心筒结构在地 震作用下的协同工作性能及减小结构在竖向荷载作 用 下 的 变 形 差 异 &可 采 取 以 下 措 施 $在 钢 框 架 上 加 设 大型斜撑%在钢框架 和 核 心 筒 之 间 增 设 伸 臂 桁 架 以 及 同 时 增 设 大 型 斜 撑 和 伸 臂 桁 架# 本 文 利 用 Q?V8!有限元 软 件&对 比 分 析 了 这 几 种 结 构 形 式
5R模型 V".R模型 8"3R模型 %"6R模型 W 图 M" 楼 层 剪 力 对 比
5R模型 V".R模型 8"3R模型 %"6R模型 W 图 6" 层 间 位 移 角 对 比
表 ;" 各 模 型 位 移 对 比
参数 顶 层 位 移#77
百 分 比#a 最大层间位移角
百 分 比#a
模型 V 1.-66
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层数
框架梁
大型斜撑
伸臂及环向桁架
5#3/ T4O//X3//X53X./ T[N//X3//X5.X./ TN//X3//X5.X.M
层数
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"" 采 用 通 用 软 件 Q?V8! 对 结 构 进 行 有 限 元 分 析 #梁 &柱 &支 撑 采 用 梁 单 元 #核 心 筒 剪 力 墙 采 用 壳 单 元 #楼 板 采 用 膜 单 元 %
5.
的 钢 框 架 与 核 心 筒 之 间 的 协 同 工 作 性 能 &为 钢 框 架 R 钢筋混凝 土 核 心 筒 结 构 体 系 的 设 计 与 应 用 提 供 参 考#
:" 计 算 模 型 选取一 个 3/ 层 的 钢 框 架 R 钢 筋 混 凝 土 核 心 筒
结构’3(作为计算模型 V&根据不同的加强措施&在 模 型 V 的基础上分别建立了 另外 3 个 有 限 元 模 型$在 钢框架上每5/层布置一对 _ 形大型斜撑!模型 8") 分 别 在 5M 层 和 3/ 层 的 钢 框 架 和 核 心 筒 之 间 增 设 伸 臂 桁 架 &并 在 同 一 层 的 钢 框 架 上 设 置 了 环 向 桁 架 !模
阶数
5 . 3 பைடு நூலகம் M N
表 !" 结 构 的 前 ? 阶 周 期
模型 V .-M3N .-3M. 5-6.. /-N1. /-MMN /-61M
模型 8 .-/M3 5-16M 5-/MM /-M0/ /-60N /-3N.
模型 % .-3MM .-555 5-6/6 /-NO0 /-M.1 /-613
表3给出了各模型顶层位移和最大层间位移角 的 对 比 #这 四 个 模 型 的 最 大 层 间 侧 移 角 均 小 于5’0// 的限值%从表3可 以 看 出#在 钢 框 架 增 设 了 大 型 斜 撑的模 型 8 对 位 移 的 控 制 效 果 明 显#与 模 型 V 相 比#顶层位移和最大层间 位 移 角 均 减 小 3.a% 增 设 了伸臂桁架和环 向 桁 架 的 模 型 %#外 围 框 架 更 多 地 参与结构整体作用#顶 层 位 移 和 最 大 层 间 位 移 角 分 别减小5Ma和53a%对比模型 8 和模型 W 的 位 移 可以看出#增设大型 斜 撑 后 再 设 置 伸 臂 桁 架 对 结 构
5// 5#1.3
5//
模型 8 N.-N3
N0 5#53N3
N0
模型 % O0-6/
0M 5#5/N.
0O
""注$百分比均以模型 V 相应值为基准!
型 %"$同时增设大型斜撑和伸臂桁架!模型 W"% 这6 个 计 算 模 型 的 结 构 平 面 尺 寸 为 .6 7X
.67#每边 3 跨#如 图 5 所 示% 首 层 层 高 为 M 7#其 余楼层层高为3-37#总 高 度 为 5//-O 7#立 面 如 图 .所示%现浇钢 筋 混 凝 土 楼 板 厚 5N/ 77% 混 凝 土 强度等级为 %6/#钢 材 选 用 U36M% 屋&楼 面 活 荷 载 取.-/S4’7.#框 架 梁 线 荷 载 取 6S4’7% 构 件 截 面 尺 寸 见 表 5%
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模型 W 5-116 5-0N6 5-/M6 /-MON /-6OM /-3N.
C
振型描述 ) 向平动 * 向平动
扭转 ) 向平动 * 向平动
扭转
B(模型 V$E(模型 8 和 W%轴立面$ +(模型 %$C(模型 % 和 W&轴立面
图 ." 各 模 型 轴 立 面
表 :" 构 件 截 面 尺 寸
BB
"!广州市科技计划项目# 第 一 作 者 $邹 勇 强 " 男 "5106 年 0 月 出 生 " 硕 士 研 究 生 Q7B,$$L=>=+@#’!5N3-+&7 收 稿 日 期 $.//0R/MR5/
钢 结 构 ".//0 年 第 1 期 第 .3 卷 总 第 555 期 "
邹 勇 强 !等 "钢 框 架 R 钢 筋 混 凝 土 核 心 筒 结 构 的 协 同 工 作 性 能 分 析
""钢框架R钢筋混凝土核心筒结构将钢框架轻质 高强%施工速度快的 特 点 和 钢 筋 混 凝 土 核 心 筒 抗 压 强 度 高 %防 火 性 能 好 %抗 侧 刚 度 大 的 特 点 有 机 地 结 合 起来&已被广泛 应 用 于 高 层 建 筑 中# 但 一 些 已 有 的 工 程 实 践 和 试 验 研 究 表 明’5R.(&钢 筋 混 凝 土 核 心 筒 结构相对来说刚度 有 余 而 强 度 不 足&而 外 框 架 则 正 好 相 反 &强 度 有 余 而 刚 度 不 足 &使 得 这 种 结 构 体 系 在 抗震性能上不协调&内 筒 和 外 框 架 无 法 合 理 分 担 地 震荷载作用#
科研开发
钢框架R钢筋混凝土核心筒结构的 协同工作性能分析!
邹勇强"陈"麟"周"云
!广州大学 土木工程学院"广州"M5///N"
摘"要"为了提高钢框架R钢筋混凝土核心筒结构在地震作用下的协同工作性能及减小结构在竖向荷载作用下 的变形差异 !可采取以下措施"在钢框架上加设大型斜撑#在钢框架和核心筒之间 增 设 伸 臂 桁 架 以 及 同 时 增 设 大 型 斜撑和伸臂桁架$利用有限元软件 Q?V8!!对比分析了这几种结构形式的 协 同 工 作 性 能$ 分 析 结 果 表 明"在 钢 框 架上加设大型斜撑可明显提高结构的刚度!框架的剪力分配率更易满足规范要 求!框 架 柱 的 材 料 利 用 效 率 更 高#增 设伸臂桁架对整体结构的刚度影响不大!但可有效减 小 钢 框 架 和 核 心 筒 之 间 的 竖 向 变 形 差 #同 时 增 设 大 型 斜 撑 和 伸臂桁架可显著提高钢框架R钢筋混凝土核心筒结构的协同工作性能$ 关键词"钢框架R钢筋混凝土核心筒结构"协同工作性能"抗震性能"竖向变形差
表.是模型 V#模型 W 的前N阶振型所对应的 周期#第一阶周期均在合理范围内!!/-/N#/-/0"(#( 为 楼 层 数 "% 虽 然 结 构 的 平 面 为 正 方 形 #但 由 于 核 心 筒剪力墙的布置不完全对称造成结构 ) 向和* 向 的刚度不一致#所以结构 ) 向平动和* 向平动的周 期略有差别%由表中 可 以 看 出#模 型 8 的 周 期 远 远 小于模型 V 的周期#这是因为模型 8 在钢框架上增 设大型斜撑后增加 了 外 框 架 的 刚 度#使 外 框 架 和 核 心筒的刚度更为匹 配#从 而 较 大 程 度 地 提 高 了 整 体 结构的刚度%设置 伸 臂 桁 架 和 环 向 桁 架 后#外 框 架 和核心筒的连接 更 为 紧 密#结 构 的 刚 度 增 大% 比 较 模型 8 和模型 W 可 以 看 出#外 框 架 的 刚 度 增 大 后# 设置伸臂桁架对整体结构的刚度影响不大%
53
科研开发
的位移影响不大!
5R模型 V".R模型 8"3R模型 %"6R模型 W 图 3" 楼 层 位 移 对 比
小者)的要求!在钢 框 架 上 增 设 了 大 型 斜 撑 的 模 型 8 和模型 W%相 比 模 型 V%由 于 钢 框 架 刚 度 明 显 提 高 %筒 体 底 部 承 担 的 内 力 均 得 到 较 大 程 度 的 减 小 %钢 框 架 的 剪 力 分 配 率 更 易 满 足 规 范 要 求 "外 框 架 柱 拉 * 压形成的力偶矩所 占 比 率 增 大%结 构 的 材 料 利 用 效 率更高! 从模型 % 的内力分配可看出%伸臂桁架和 环向桁架的设置对结构的底部剪力及其分配影响不 大 %但 对 筒 体 底 部 弯 矩 有 一 定 的 减 小 %这 是 因 为 加 强 了钢框架参与结构整体抗弯的作用!
!"##$%&’(")*+",&’-.//0 !1"#2&$-.3#4&-555
!>!" 结 构 侧 移 图3和图6分别为各模型的楼层位移和层间位
移角的对比图%由 图 可 见#在 钢 框 架 上 增 设 了 斜 撑 的模型8和模型 W 的楼层位移明显减小%模型 % 和模型 W的层间位移角在设置伸臂桁架楼层处产 生突变#这是由于伸 臂 桁 架 的 设 置 使 得 该 楼 层 刚 度 突 变 #层 间 整 体 抗 弯 能 力 增 大 %
图 5" 结 构 平 面 布 置
!" 地 震 作 用 下 的 协 同 工 作 性 能 分 析 本文采用振型分解反应谱法对这6种模型在地
震作用下的结构内 力 和 位 移 进 行 了 对 比 分 析#从 而 了解各模型在地震作用下钢框架与核心筒之间的协
同 工 作 性 能 % 抗 震 设 防 烈 度 为 0 度 #’ 类 场 地 #设 计 地 震 分 组 为 第 一 组 % 结 构 阻 尼 比 取 /-/6% !>:" 模 态 分 析
5R模型 V".R模型 8"3R模型 %"6R模型 W 图 M" 楼 层 剪 力 对 比
5R模型 V".R模型 8"3R模型 %"6R模型 W 图 6" 层 间 位 移 角 对 比
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参数 顶 层 位 移#77
百 分 比#a 最大层间位移角
百 分 比#a
模型 V 1.-66
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科研开发
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!"##$%&’(")*+",&’-.//0 !1"#2&$-.3#4&-555
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移角的对比图%由 图 可 见#在 钢 框 架 上 增 设 了 斜 撑 的模型8和模型 W 的楼层位移明显减小%模型 % 和模型 W的层间位移角在设置伸臂桁架楼层处产 生突变#这是由于伸 臂 桁 架 的 设 置 使 得 该 楼 层 刚 度 突 变 #层 间 整 体 抗 弯 能 力 增 大 %
图 5" 结 构 平 面 布 置
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