考虑框架柱轴向变形的变刚度框剪结构简化分析模型

高层建筑框架剪力墙结构在水平荷载作用下产生的倾覆力矩由剪力墙和框架共同承担,由框架分担的倾覆力矩会引起框架柱的轴向变形。本文利用连续介质理论,将考虑框架柱轴向变形的等刚度框剪结构位移控制微分方程应用到变刚度框剪结构,提出了考虑框架柱轴向变形的变刚度框剪结构简化分析模型。与通用有限元模型计算结果相比,该方法计算精度比未考虑框架柱轴向变形的框剪结构简化分析模型明显提高,可用于高层建筑框架剪力墙结构的初步设计,也可用于定量和定性分析框架剪力墙结构的受力特性。     

高层建筑主次结构力学性能研究

本文以高层建筑主次框架结构体系为研究对象,建立不同数量主框架梁和位置分布的模型,并施加不同的竖向和水平荷载,获得框架结构内力分布特点和变形规律,通过计算发现主次框架节点连接处应力突变最大,不同的主、次框架结构形式对节点应力与变形也有较大影响,主框架和次框架刚度、结构布置多方面因素对建筑抗侧刚度的存在较大影响,由于主框架作用为承重和抗侧,次框架结构变化对整体结构的承重性能不会产生明显影响,但对抗侧刚度影响显著,为工程技术人员选择合理建筑结构提供原始依据。     

超长框架结构温度作用研究

针对超长混凝土结构的特点,给出结构温度效应计算时最大正、负温差取值方法建议,分别对施工阶段与正常使用阶段进行验算。建立了多层框架结构温度计算简化模型,研究温度内力沿结构竖向的变化规律。将桩基础作为具有水平刚度与转动刚度的弹簧,考虑基础刚度对结构底层抗侧刚度的影响。结合多层超长框架结构算例,分析了基础刚度与设防烈度对结构变形、楼板应力、框架梁和框架柱内力的影响。计算结果表明：在温度作用下,结构中部楼板应力分布较为均匀,端部楼板应力变化较大,楼板最大应力发生在框架柱周边;框架梁轴力分布中间大、两端小,框架柱内力由外向内逐渐减小;对于多层超长框架结构,首层结构由温度作用引起的变形与内力最大,2层及以上各层结构的温度效应迅速减小;柱底嵌固条件对温度效应影响显著,随着基础刚度增大,对框架柱的约束程度逐渐提高,温度作用产生的内力增大,层间位移角减小;随着抗震设防烈度提高,竖向构件截面尺寸与结构侧向刚度随之增大,温度效应逐渐增强。     

高层斜交网格筒结构受力层间位移的计算及其应用

推导了斜交网格筒结构单元体的抗剪刚度、抗弯刚度以及竖向刚度的计算公式。通过连续化变形分析方法，给出了该类结构在三种典型荷载作用下的水平位移简化方法及其等效抗侧刚度。分析了结构体系的层间位移组成，给出了受力层间位移在弹性和弹塑性阶段的简化计算方法。采用PERFOR-3D软件分析了该类结构体系的层间位移和受力层间位移沿结构高度的变化规律，并进行了参数分析。结果表明：斜交网格筒结构体系的层间位移和受力层间位移沿结构高度方向均呈现先增大后减小的趋势；层间位移和受力层间位移最大值所在位置不同，且受力层间位移随楼层高度增加，其所占的比例逐渐下降，最大比例约为80%，建议同时考虑受力层间位移角和层间位移角作为该类结构的变形控制指标。斜柱角度、斜柱截面、主环梁跨数以及结构高宽比均对结构的层间位移有较大影响；而对于受力层间位移，斜柱角度和斜柱截面对其影响较大，主环梁跨数以及结构高宽比对其影响较小。     

高层混合结构中楼盖刚度对结构受力性能的影响分析

通过楼板将两种变形特性完全不同的结构体系连接而成混合结构,在受力性能上与框架结构、筒体结构既具有一定的联系,又有本质的区别。本文以一30层外部为钢框架、内部为混凝土核心筒组成的混合结构为例,采用通用有限元程序SAP2000分别计算了钢框架结构、混凝土筒体结构及混合结构,比较了三种结构体系的受力性能;通过调整楼板型式和板厚,探讨了楼板刚度对混合结构受力性能的影响。结果表明,采用混合结构使得结构变形、内力沿高度方向趋于均匀,受力性能得以改善;采用梁板体系能有效地减轻剪力滞后;随着楼板刚度的增加,结构高阶自振周期增大,侧移减少,层间剪力、楼层弯矩及总钢框架承担剪力、弯矩增加;而钢框架承担总剪力、弯矩百分比减少。     

超长混凝土框架温度(收缩)作用实用简化计算研究

旨在论述超长混凝土框架结构温度(及混凝土收缩)应力的计算原理及其实用简化计算方法。以往大多把钢筋混凝土框架视为弹性体的计算方法既不正确,又会给出过大的温度(收缩)应力(内力)值,以致不得不加大柱截面尺寸,但截面加大后又将进一步增大温度(收缩)应力……,.如此往复,产生难以破解的矛盾。正确计算框架结构温度(收缩)应力应充分考虑钢筋混凝土框架柱列所具有不同的弹塑性性质。但在温度(收缩)变形作用下,却难以确定各框架柱柱列所具有的不同弹塑性抗侧移刚度。本文计算的特点在于提出了框架柱柱列不同抗侧移刚度的确定方法,并导得了温度(收缩)应力(内力)的简化计算公式,由此还提供了确定超长框架总长度的控制验算方法。工程应用表明,该计算方法快捷而简明,经济而有效,在确定超长结构方案时尤为适用。     

异形框架结构设计研究

异形框架结构是在普通框架结构基础上发展起来的结构体系,通过加设边缘构件(边缘壁柱和边缘壁梁),提高框架柱、框架梁及框架节点区的刚度,从而提高结构整体抗侧刚度和耗震能力,与框架结构、框剪结构结合起来形成异形框架-框架结构、异形框架-框剪结构等。异形框架结构可以有效解决纯框架结构位移不满足规范要求,框剪结构中剪力墙数量偏少时位移不满足规范要求,或者结构扭转情况比较严重等问题。分析了异形框架结构的整体变形和受力特点,提出了异形框架结构在地震作用下的屈服顺序,增加了框架和框剪结构的抗震防线。     

中高层异形柱框-剪结构的剪力墙抗侧移刚度优化分析

综合考虑剪力墙的剪切变形、异形框架柱的轴向变形和连梁刚度对异形柱框一剪结构的抗侧移刚度的影响，利用框-剪结构空间协同分析的连续-离散化方法，以楼层划分单元推导单元的内力、位移关系式，同时采用振型分解反应谱法计算水平地震作用，并考虑层间位移约束条件及刚重比、剪重比等构造要求，建立了中高层钢筋混凝土刚接异形柱框-剪结构的剪力墙抗侧移刚度优化数学模型。工程算例结果表明。本优化模型可行、有效，而且当剪力墙的抗侧移刚度沿结构高度发生变化时，仍可对其进行优化分析。     

楼梯对框架结构刚度影响分析

汶川地震中许多框架结构楼梯遭到严重破坏,造成大量的人员伤亡。震害调查表明,楼梯作为斜撑构件对整体抗震影响显著。结合新修订的GB 50011—2010《建筑结构抗震设计规范》中关于计算中应考虑楼梯构件的影响等条文,采用D值法建立了考虑楼梯的简化计算模型,对框架刚度及楼梯受力进行修正。通过对比解析法与PKPM(08版)软件计算所得结果,发现地震作用下加入楼梯对整体结构的刚度影响不可忽略,楼梯各构件在地震作用下受力不同于仅仅按照重力荷载作用下分析结果。建议框架结构楼梯梯段、休息平台及梯柱设计时宜考虑地震作用,刚度计算时应考虑楼梯对整体刚度的影响。     

基于有限基础刚度的框架-剪力墙结构抗震设计

从框架-剪力墙结构协同工作基本微分方程入手,推导基于有限基础刚度的框架-剪力墙结构侧移刚度以及水平荷载作用下的侧移和内力计算方法。重点研究剪力墙下和框架柱下基础刚度对框架-剪力墙结构侧移刚度、最大层间相对水平位移及内力分布的影响规律,揭示现行规范对框架-剪力墙结构框架剪力调整的必要性。提出框架-剪力墙结构合适基础刚度的理念和确定方法,有利于进一步完善高层建筑抗震设计。分析结果和震害情况表明,剪力墙下基础刚度退化,框架-剪力墙结构在水平荷载作用下内力重分布显著,框架内力沿竖向分布有所增大,特别是底层框架柱剪力、弯矩急剧增大,应引起足够重视。     

水平荷载作用下交错桁架结构的内力和侧移计算

本文通过对交错桁架结构在水平荷载作用下受力特点的分析,把结构中的楼板等效于与横向框架铰接的刚性链杆,建立了构件内力、层间侧移和楼层侧移计算的平面协同分析模型。通过对结构中柱子和竖向腹杆的受力分析,给出了交错桁架结构中柱子和竖向腹杆侧移刚度的力学计算模型和计算公式。根据水平荷载作用下桁架中远离空腹节间的弦杆弯矩较小的特点,假定桁架弦杆只在空腹节间和与其相邻的节间存在弯矩,给出了桁架侧移刚度的力学计算模型和计算公式。在楼板刚度无穷大假定的基础上,运用同一楼层水平侧移相等这一条件,提出了考虑柱子轴向变形影响的刚性链杆中轴力、构件内力、层间侧移和楼层侧移的计算方法。实例分析结果表明,本文方法简单实用,与ANSYS分析结果接近。     

考虑轴压比影响时框架侧移计算的试验及理论研究

为研究轴压比对框架柱侧移的影响,以轴压比为框架柱的主要变化参数,完成了10根钢筋混凝土柱与5根钢柱压弯试验。试验结果表明:随轴压比增加,框架柱抗侧刚度增加,侧移减小;对于混凝土柱,裂缝间距和宽度都增大,裂缝越集中于柱底,压区混凝土破坏越严重,延性越差;对于钢柱,则压区屈曲越严重。随着名义偏心距的增大,二阶效应加剧,轴力对框架柱抗侧刚度的提高有所减弱;轴力对钢柱抗侧刚度的有利影响不及混凝土柱明显。结合试验数据,拟合了考虑轴压比影响的柱抗侧刚度计算公式。根据此公式计算内力侧移的框架算例表明,考虑轴压比影响时,框架结构侧移明显减小;轴力从上至下逐渐增大,轴压比对框架结构的影响愈大,结构侧移减小愈明显。考虑轴压比对框架柱抗侧刚度的影响,符合工程实际,能为现行规范对高层框架侧移计算的完善提供参考。     

带砌体填充墙框架弹性抗侧刚度计算方法对比分析

对于带砌体填充墙框架,当填充墙与框架紧密接触时,填充墙将会提高纯框架的侧向刚度,可能改变结构的平面及竖向侧向刚度分布,影响其在地震作用下的承载力及耗能能力等抗震性能。 为研究带填充墙框架在弹性阶段抗侧刚度的合理计算方法, 整理了以等效斜压杆模型为主的国内外相关计算公式, 并结合近年来带填充墙的框架在低周往复荷载作用下的试验, 将理论计算结果与试验实测值进行对比分析。结果表明： 在带填充墙的RC框架中,直接考虑填充墙弯曲变形和剪切变形得到的弹性阶段抗侧刚度计算值为实测值的1.94~8.05倍;在等效斜压杆模型中,斜压杆的宽度对抗侧刚度的计算结果影响很大;斜压杆宽度的取值应考虑填充墙与框架之间相对刚度的影响,其中MSJC提出的斜压杆宽度计算公式较为合理。     

水平荷载作用下异形柱框架结构内力计算

推导了异形截面柱抗侧刚度的计算公式，阐述了在水平荷载作用下异形柱框架结构内力与位移的计算方法。     

竖向荷载下纵向柱列交叉支撑刚度要求

从保证柱列纵向稳定性的角度,对竖向荷载作用下交叉支撑的刚度要求进行研究.介绍无初始几何缺陷的单、双层纵向柱列支撑体系的抗侧刚度要求;根据实际框架中的各种初始几何缺陷,考虑竖向荷载的P-△与P-δ二阶效应,利用有限元程序ANSYS对承受竖向荷载作用的单、双层纵向柱列支撑体系进行受力分析,据此确定用于设计的竖向荷载作用下单...     

板柱-支撑结构抗震设计关键问题分析

板柱结构具有可利用空间大、布局灵活、显著降低层高等优势,但是存在结构水平刚度较弱、位移大、抗震承载力较差等问题。为解决上述问题,在板柱结构中设置屈曲约束支撑,以提高结构的抗侧刚度,增强其抗震承载力。通过对3个高度不同和2个大面积的板柱-支撑结构的计算表明,板柱结构抗侧刚度和承载力较弱的问题可通过设置适当数量的屈曲约束支撑解决。为研究板柱-支撑结构的变形、层间剪力、倾覆弯矩、支撑布置等问题,通过PKPM建模分析,结果表明：多遇地震作用下,板柱-支撑结构可采用框架结构的弹性层间位移角(1/550)来控制结构变形;板柱-支撑结构中支撑承担的楼层剪力建议不低于楼层剪力的40%;通过对比GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》和力学概念计算得到楼层倾覆力矩的结果,认为采用规范建议的方法较为合理;支撑的竖向居中布置会减小支撑倾覆力矩占比,而对支撑剪力占比影响较小。     

Calculation model of the lateral stiffness of high‐rise diagrid tube structures based on the modular method

High‐rise diagrid tube structures are widely used in high‐rise buildings because of their strong lateral stiffness and flexible arrangement of plane layout. The lateral stiffness of rectangular diagrid tube structures is studied by many researchers, but it seldom attracts attention for arbitrary polygonal ones. Therefore, it is necessary to propose a calculation model for lateral stiffness of arbitrary polygonal diagrid tube structures. First, the basic concept of modular method is defined. Assuming that diagonals are only subjected to axial force, a calculation model of lateral stiffness of arbitrary polygonal diagrid tube structures is presented. The lateral displacements of structures are calculated by modular method. Then the accuracy of modular method and calculation model of lateral stiffness are verified by finite element method. Intersection law of structural lateral displacement curves is achieved. Taking the top displacement of structures as the reference index and based on the principle of equivalent material, diagonal angle optimization method is proposed, whose rationality is validated by finite element method. Based on the design method of top displacement control, preliminary design method of cross section of diagonals is suggested. Results in this paper are expected to provide a theoretical reference for preliminary engineering design.     

钢筋砼框架考虑斜裂缝影响的非线性全过程分析

本文通过对一些约束梁、约束柱及连续梁抗剪试验资料的分析研究，采用斜压场模型模拟有反弯点的剪跨区段当斜裂缝出现后剪力作用下的受力状态，并考虑剪跨比的影响及纵筋的暗销作用，导出了剪力、剪切变形、轴力之间的关系。用此模型对不同条件的５８根剪切破坏的约束梁、柱进行了计算比较。同时，将模型引入框架非线性分析中的单元刚度矩阵及固端力列阵，编写了框架非线性全过程分析程序，对一定数量发生弯曲剪切破坏的两跨连续梁进行了计算比较，计算结果与实测结果符合较好。本文进行了三榀门式框架及二根两跨连续梁的试验，用上述程序进行了框架、连续梁考虑斜裂缝对内力重分布及构件变形影响的比较分析。     

预应力混凝土框架梁次轴力计算及其影响因素分析

现行国家规范(规程)仅对预应力次内力中的次弯矩和次剪力的计算方法做了规定,而对次轴力的计算并未做明确规定,只给出了相应的施工技术措施以减小超静定结构中次轴力对预应力构件的不利影响。推导了超静定结构中预应力次轴力的计算方法,并分析了柱截面刚度、梁的弹性模量和截面面积、梁跨度、层高、不同张拉方式等对其的影响。     

Instability behavior and application of prismatic multi-tube latticed steel column

Multi-tube latticed steel columns without diagonal tubes and the ones with diagonal tubes are two common types of prismatic latticed columns used nowadays. Instability behavior of prismatic multi-tube latticed steel columns is studied in this paper. The focus on the problem is based on the derivation of shear stiffness for multi-tube latticed steel columns. Formulas are established to express the elastic buckling loads as well as the modified slenderness ratios, in which the effect of shear deformation is taken into account. Cases are analyzed via finite element method ANSYS to calculate the ultimate load-carrying capacity of the latticed columns for comparison with the design method in different design codes for compressive members. Formulas to estimate the design resistance for axial compressive prismatic multi-tube latticed steel columns are proposed and detailed design suggestions for the component steel tubes are presented as well.