文档介绍：新疆大掌建筑工程萼印完硕士学位裁吁≮
§1-2课题研究关键问题
合理的建筑结构体系要求刚柔相济。结构太刚则变形能力差,强大的
破坏力瞬间袭来时,需要承受的力很大,容易造成局部受损最后全部毁坏;
而过“柔”的结构虽然可以很好地消减外力,但容易造成变形过大而无法
使用甚至整体倾覆。结构是“刚”一点好,还是“柔”一点好?什么程度
合适?这个问题历来是专家争论的焦点,现今规范给出的是一些控制指标,
无法提供“放之四海皆准”的精确答案。另外,安全的结构要求层层设防,
不允许把结构是否安全的希望寄托在某个或某几个构件的承载能力上,因
此结构的平面刚度分布必须均衡,只有这样才能让结构平面布置趋于合理,
能够让同层构件在较大的位移比数值下仍然完好:反过来说,在不考虑结构
本身刚度特性时,对于所有高层建筑结构采用同种标准来定义其是否“规
则”时,容易失之于粗糙,此为本论文主要验证的问题——位移比参数定
义结构的规则性必须同时考虑结构体系抵抗扭转能力大小的影响。
综上所述,本论文研究解决的关键问题为:
《规范》提出的平面布置不规则界定参数
——位移比的影响。即:论证当高层建筑结构的平面布置形式适当、抵抗
扭转的能力比较大时,结构能够突破《规范》;
,结构自身扭转刚度和位移比
之间的数学规律,为位移比参数对于不规则特性的影响进一步研究提供行
之有效的参考方法。
4
新疆大掌建筑工程掌肖挚页士学位论文
第二章课题基本研究内容理论分析
§
结构平面不规则宏观表现为扭转,但结构扭转与单个构件扭转在研究
方法上虽有一定联系,力学性质上却有本质区别:对构件扭转,材料力学
定义为:外力偶矩导致构件中任意两个与该力偶矩平行的横截面之间存在
一定扭角A o,外力偶矩越大则扭角越大,超过构件承载极限发生扭转破
坏。而结构扭转则是结构宏观形态表现为扭转,而同层各构件受力状态仍
然表现为受弯或受剪,其破坏多为弯曲破坏和剪力破坏。结构整体扭转破
坏示意如图2—1:
图2-i:框架一剪力墙结构整体扭转破坏示意图
新Jl-大掌建筑工程掌院硕士掌位・论・文
上图为使用ANSYS计算的框一剪结构扭转X方向位移等值线云图,位移
放大5000倍显示。可以看出同楼层每一竖向承载构件其内力仍然以弯曲、
剪切和轴向受力为主。因此如果把结构整体看成一底部嵌固悬臂构件,则
每一个构件成为构件中的微元体,其力学特性与整体就有本质区别,分析
方法和构件扭转力学分析也相应不同。
高层建筑结构平面不规则特性是指:当结构平面质量中心同刚度中心
不重合时,水平侧向力合力作用点没有通过刚度中心,此时整体结构不仅
有横向平移,而且伴随有围绕刚度中心的扭转作用,也就是说:同层各竖
向构件的水平方向位移不再是沿X或者Y方向完全相等,而是以刚心为中
心,各个构件距离该中心越远其水平位移越大,结构宏观表现为围绕刚度
中心扭转。显然,距离刚度中心越远的构件附加扭转作用越大。
这种同平面结构各构件的不均匀位移危害是显而易见的:最明显一点
就是由于附加扭矩的参与导致更加复杂的不均匀受力,这种不均匀受力不
但不容易估计,而且容易导致同层构件破坏不同步,促使某些局部结构早
于其他部分失去应有的抵抗外力的能力。因此在地震作用中结构平面不均
匀布置导致的结构扭转破坏是一个普遍发生的致坏因素。应尽可能减少甚
至避免。
§
平面不规则特性对高层结构最主要危害是使结构绕刚度中心产生扭
转。扭转产生原因为结构平面的质心与刚心不重合,这里的“质量中心”
对于地震荷载而言是指等效地震荷载合力作用点即惯性力合力作用点,它
与质量分布有关,结构质量越大惯性力越大。质心与刚心不重合时,惯性
力作用于质心,与质心刚心距离乘积形成扭矩,造成结构同层位移分布不
新疆大掌建筑工程学院硕士学位论文
均。此即为结构平面不规则的宏观表现。具体大小计算方法为:将建筑物
面积分为若干单元,认为在每个单元内质量是均匀分布的,如图2—2:
图2—2:质量中心计算简图
对于图中的n块质量单元,类似于材料力学形心坐标的求解方法,得
如下公式:
%一瓷=瓷
‰2瓷=瓷
其中:
巩:第i个面积单元的质量
彬:第i个面积单元的重量
xi,M:第f个面积单元的重心坐标值
新疆大掌建筑工程掌院硕士掌位-论・文
所谓刚度中心是指各片抗侧移结构抗侧移刚度的中心,计算方法也类
似于形心计算。把抗