高层剪力墙结构抗侧刚度突变控制准则的研究

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随着我国经济及人口城市化的快速发展,城市中涌现了大量的带转换结构的复杂高层建筑。对于带转换的复杂高层结构,转换层上下楼层刚度往往有突变的可能。转换层上下楼层抗侧刚度的突变所造成的结构变形与地震力的集中,工程界普遍采用的反应谱静力弹性计算方法并不能予以充分反映,因而必须对转换层上下楼层刚度突变予以限制以保证结构的抗震性能。包括我国在内的世界诸多抗震规范对楼层竖向抗侧刚度突变均作出了不尽相同的限制规定,但工程界普遍反映其均有一定的不合理或不方便使用之处,也有工程界学者试图给出较合理的转换结构楼层刚度突变控制准则,但均未能给出合理清晰的解释。 本论文首先通过不同结构模型在地震反应谱弹性计算方法中的不同计算结果,揭示了剪力墙结构楼层宏观位移指标与竖向构件变形的内在联系,推导出现有楼层抗侧刚度突变控制准则在反映剪力墙结构楼层竖向构件变形与抗力方面的缺陷以及这些缺陷导致的矛盾与谬误,进而提出楼层宏观位移指标无法反映高层剪力墙结构楼层抗力、楼层竖向构件变形与侧向刚度突变的观点。 本论文进而通过结构模型动力弹塑性计算,揭示了高层结构下部楼层抗侧刚度突变产生的地震荷载效应变化规律,运用结构抗力与荷载效应应协调变化的思想,从而推导出刚度突变层刚度突变量与宜(必须)予以保证的楼层抗力加强量的关系以此作为不同于各国抗震规范的楼层抗侧刚度突变控制准则。本论文推导出带转换高层混凝土结构的抗力变化近似估算方法,并利用此方法使控制准则在实际工程运用中具有简单的可操作性。利用计算模型与实际工程结构模型证明此控制准则在应用中较之现有规范相应准则更趋合理。 最后,论文提出转换层楼层质量突变性质与刚度突变性质在地震荷载效应影响方面具有类似特性,可以用本文采用的方法予以研究并把质量突变因素引入控制准则。另外结构楼层抗力较为准确而又方便的估算也是控制准则能否实际运用的关键,楼层的抗弯、抗剪、抗扭三种抗力在不同结构中的所起作用不尽相同,转换中又可能存在较大变化差异,其进一步研究将使刚度控制准则更趋合理。
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