文档介绍：框架-核心筒混合结构体系研究新进展
讲解人:申国元闫路路
指导老师:杨树标
目录
引言
统一刚度比参数及合理取值范围
位移角限制取值方法探讨
体系抗震安全性能比较
位移特性
失效模式
安全性能
结语
框架-核心筒混合结构
引言
“混合结构”是指由不同材料的构件共同组成的结构。“钢-混凝土混合结构”就是由钢(或其他组合构件)与钢筋混凝土共同组成的结构,这种混合结构中应用较多的就是钢筋混凝土筒体(型钢混凝土筒体)与钢或型钢混凝土,钢管混凝土框架组成的结构。
与钢筋混凝土结构相比,钢-混凝土混合结构的优势为结构构件小,占用建筑面积和净高小,结构自重小,降低基础造价,施工速度快,抗震性能好;劣势为结构用钢量大,施工要求高。与钢结构相比,其优势为用钢量小,整体刚度好,结构防火防腐蚀性能好;劣势为混凝土用量大,施工要求高。
钢-混凝土混合结构是一种受力良好、经济高效的高层建筑结构形式之一,在高层和超高层建筑中具有优势,尤其是框架-核心筒混合结构。
从受力性能上讲核心筒主要承担水平力,外围框架主要承担竖向荷载。从抗震性能上讲核心筒为第一道防线,框架为第二道防线但由于内筒与外框架之间存在较严重的刚度与强度不协调,内筒刚度较大,承担大部分的地震作用,外框架刚度较小,分担剪力较小。故对外围框架与核心筒间的相对关系进行研究。此外,合理的位移限值指标对确保结构满足正常使用要求以及避免强地震作用下结构破坏倒塌具有重要意义。
因此本论文重点对框架-核心筒混合结构体系框架与核心筒的刚度匹配、位移限值指标的取值进行探讨,并就不同体系的位移特性、失效模式以及安全性能进行对比和评述。
统一刚度比参数及其合理取值范围
混合结构体系通常由混凝土核心筒和周边框架
组成,在设计中两者存在刚度匹配的问题。当结构
高度较高时,结构常常无法满足位移限值的要求,这
时需要设置加强层。加强层刚度过大,则会导致结
构沿竖向存在较大的刚度突变,加强层剪力过大,设
计困难;加强层刚度过小,则无法有效控制结构的侧
移,因此框架核心筒与加强层也同样存在刚度匹配问题
框架-核心筒结构伸臂梁的连接方式不同,外围框架对核心筒抗侧刚度提高程度也就不同。不同的连接方式, 包括两端刚接( 体系A) 、两端铰接( 体系B) 、一端刚接( 体系C) 、一端铰接( 体系D) 、带加强层( 体系E) 5 种类型。通过对以上五类体系分别建立各自的抗侧刚度解析计算方法,同时将体系A~D看作采用框架梁对核心筒进行连续加强,而体系5作为体系A~D的特例,为集中加强。体系C和D表现形式和刚度比参数基本相同。
框架-核心筒结构的抗侧刚度可看作由类筒体和类框架两部分组成。
表1 类筒体和类框架的表现形式及其刚度比参数
类型刚度比参数体系A 体系B 体系C、D 体系E
类筒体 T (1 /EIS ) 连续加强无加强连续加强集中加强
α(ω) 筒框结构核心筒筒框结构筒框结构
类框架平面边框架空间周边平面边平面边
伸臂梁两端绞接(体系B)的外围框架对核心筒抗侧刚度没有提高。
表2 类筒体体系间刚度比参数对应关系
结构刚度比参数体系A 体系C和D 体系E 对应关系
参数1 T T` 1 /EIS T=T`= 1 /EIS
参数2 a a` ω a=2a`= /
λ
在得到各体系统一刚度比参数的基础上,通过优化体系各部件内力分布、控制体系弹性阶段的位移限值,得到了统一刚度比参数的合理取值范围:
~, α′~, ~; T =T′= 1 /~; λ的合理取值范围,~,~,~。使其在地震作用下不仅满足侧移限值,同时还使各层剪力分布更为均匀。
位移角限值取值方法探讨
在外框架和内核心筒刚度比适中的混合结构中,其弯曲变形占主要成分,在较大地震作用下,刚度大,变形能力差的核心筒体会先进入弹塑性状态,破坏也相对集中在核心筒,而对变形以弯曲型为主的高层结构的位移控制,位移角可作为一个有效的控制指标。
同时震害表明,结构如果存在薄弱层,在强烈地震作用下,结构薄弱层部位将产生较大的弹塑性变形,会引起结构严重破坏甚至倒塌,因此还需对弹塑性阶段的位移角限值进行规定。