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随着我国经济及人口城市化的快速发展,高层建筑转换层结构已成为一种普遍的结构形式。然而,历次重大地震灾难及振动台模型试验均表明转换层结构底部刚度过弱以及质量过大,将导致严重的震害。转换层上下楼层侧向刚度和质量的突变所引起的结构变形和地震力的集中,是引起结构在地震作用下发生破坏的主要原因。因此,国内外诸多抗震规范都对转换层结构楼层的侧向刚度进行了相应的限制规定。但是通过专家学者的研究和工程设计人员的应用表明,现有规范中的转换层侧向刚度控制准则并不能十分合理地对转换层楼层侧向刚度进行控制,均存在着各自不合理或不方便使用之处。因此,分析和研究高层建筑转换层结构楼层侧向刚度的变化对结构在地震作用下性能的影响,寻求合理的楼层侧向刚度控制准则,具有迫切的现实意义。
本论文首先总结了国内外规范、规程中的楼层侧向刚度控制准则,对不同结构变形参数与楼层侧向刚度的相关性进行了分析比较,提出本文所采用有害位移角的定义及计算方法。指出采用有害位移角这一变形参数对转换层结构侧向刚度进行控制的可行性。
通过采用结构分析软件SAP2000对结构布置、剪力墙厚度不同的转换层结构进行计算,对大量算例在弹性阶段的计算分析,提出采用楼层有害位移角比γ<,[θ]>≤0.9作为转换层结构楼层侧向刚度比的控制准则。并采用IDARC这一非线性分析程序对结构进行弹塑性分析,验证了采用本文提出的有害位移角比值法在弹性状态下对结构的侧向刚度比进行控制,能够反映出结构在地震作用下的抗震性能,从而保证结构达到一个经济合理的楼层侧向刚度。
最后本论文基于转换层结构中转换大梁的受力和变形特征,分析了转换层上、下部剪力墙刚度、转换梁刚度、转换层层高等因素对结构有害位移角的影响系数α<,u>、λ<,u>、μ<,u>,对杆系模型的有害位移和转换层计算高度进行修正,归纳得到转换层有害位移和计算高度的修正公式K<,u>=α<,u>λ<,u>μ<,u>k<,u>、K<,h>=α<,u>λ<,u>μ<,u>k<,u>。并将K<,u>=α<,u>λ<,u>μ<,u>k<,u>这一修正公式应用于文中提出的有害位移角比值法,得到本文提出的转换层结构楼层侧向刚度控制准则——修正的有害位移角比值法K<,u>γ<,[θ]>≤0.9。采用该控制准则在实际工程设计中对转换层结构楼层侧向刚度进行控制,能够更好地控制结构的楼层侧向刚度,使转换层结构具有一个更为经济合理的抗震性能。