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1、华中科技大学 硕士学位论文 平面L形框剪结构剪力墙布置研究 姓名 凯里 申请学位级别 硕士 专业 结构工程 指导教师 张耀庭 2011 05 22 I 摘 要 摘 要 在当前的城市建设中 平面不对称的建筑结构日益增多 其中平面L形的结构为 典型的代表 由于质量中心和刚度中心的不重合 加上地震作用中扭转分量的影响 使得该类结构更容易产生扭转破坏 工程界对此高度重视 并得出一些重要的研究 成果 这对于指导工程实践起到了重要作用 但是 由于结构形式的复杂多变 影响因素和影响程度各不相同 实际工程中 仍然存在大量亟待解决的设计问题 在位于8度区的某平面L形建筑结构的设计中 遇到了两大难点 1 结构在水
2、平地震作用下扭转效应显著 2 剪力墙在水平地震作 用下内力过大 因此 本文以高烈度区的平面L形框架 剪力墙结构为研究对象 重 点探讨剪力墙的布置对整体结构的水平地震作用效应和剪力墙受力的综合影响 利 用结构分析软件PKPM和ETABS建立平面对称和不对称的框架 剪力墙模型 采用振 型分解反应谱法计算其水平地震作用效应 通过不同剪力墙布置方案的分析和对比 总结出控制扭转和调节内力的有效方法 解决实际工程问题 本文首先对实际工程的概况和设计难题进行阐述 初步探讨引起此类问题的原 因 然后 建立平面对称框剪结构模型 通过改变剪力墙的位置 数量和长度 为 控制整体结构扭转和调节剪力墙受力总结出一般性的
3、规律 随后 建立典型的平面L 形框架 剪力墙结构模型 研究偏心方向对扭转效应的影响 探讨刚度中心的合理位 置 提出广义对称和等效布置方案的概念 研究不同水平地震作用方向和组合形式 对平面L形结构的扭转效应和剪力墙受力的影响 最后 对工程实例进行设计 得 出控制扭转 调节内力的理想方案 并对楼板应力 连梁刚度等环节加以关注或控 制 总结平面L形结构中剪力墙布置的思路 为同类工程的设计提供参考 关键词关键词 平面L形 框架 剪力墙 水平地震 剪力墙布置 扭转 剪力墙内力 II ABSTRACT In the current urban construction more and more buil
4、ding structures with asymmetric plane have sprung up of which the ones with L shaped plane are typical representative As the center of mass does not coincide with the center of stiffness together with the influence of torsional component in the earthquake action these structures are more prone to su
5、ffer torsional damage This has attracted much attention in the engineering and some important research results have been obtained to play important part in instructing engineering practice However with ever changing structure forms various factors and influence degrees many design problems still nee
6、d to be solved urgently in the practical projects In the structural design for a horizontally L shape building in the seismic zone with precautionary intensity 8 two difficulties are encountered 1 torsional response of the structure under horizontal earthquake action is significant 2 internal force
7、of shear walls under horizontal earthquake action is out of limit Therefore the paper takes the frame shear wall structure located in high seismic intensity region as research object emphatically discussing the comprehensive impact of layout of shear walls on horizontal earthquake effects of both ov
8、erall structure and shear walls Frame shear wall structures with symmetric and asymmetric planes are modeled in structural analysis software PKPM and ETABS in which horizontal earthquake effects are calculated by modal response spectrum method By analyzing and comparing various layouts of shear wall
9、s effective methods are summarized to solve practical engineering problems The present paper firstly introduces the general situation and design problems of the practical project primarily exploring the reasons for such problems Secondly frame shear wall structures with symmetric plane are set up to
10、 acquire some common laws for controlling entire structural torsion and adjusting internal force of shear walls while the location number and section length of shear walls are transformed Afterwards frame shear wall structures with asymmetric plane are modeled to study following topics III the influ
11、ence of eccentric direction on torsional effect the reasonable location of stiffness center the concept of general symmetry and equivalent layout as well as the impact of different directions and combinations of horizontal earthquake action on torsional response and shear walls performance in the ho
12、rizontally L shaped structure Finally the suitable scheme of torsion control and internal force conditioning is designed for the project case in which the floor stress and stiffness of coupling beams are focused on or adjusted The layout ideas of shear walls in structures with L shaped plane are sum
13、marized providing references for the design of similar projects Keywords L shaped plane frame shear wall horizontal earthquake layout of shear walls torsion internal force of shear walls 独创性声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果 尽我所知 除文中已经标明引用的内容外 本论文不包含任何其它个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出贡献的个人
14、和集体 均已在 文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 日期 年 月 日 学位论文版权使用授权书 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保 密 在 年解密后适用本授权书 本论文属于 不保密 请在以上方框内打 学位论文作者签名 指导教师签名 日期 年 月 日 日期 年 月 日 1 1 绪论 1 绪
15、论 1 1 研究的背景和意义 1 1 研究的背景和意义 随着社会的飞速发展 在当前的城市建设中 体型复杂和不规则的建筑物日渐 增多 在高烈度地震区也不乏这样的工程实例 促成平面不规则建筑出现的原因有 由于城市化的推进 建筑用地日益紧张 对修建场地的形状产生了限制 随着人类 文明的进步 人们对建筑的造型和使用功能有了更多更新的要求 其中 平面形状 为 L 形的建筑又是不规则性的典型代表 图 1 1 1 3 是一些平面 L 形建筑的实例 图 1 1 深圳中航广场公寓底层平面图 1 图 1 2 央视新大楼 图 1 3 武汉江岸区某高层建筑平面图 平面 L 形建筑在几何形状上具有明显的不对称性 其整体
16、结构的质量中心和刚 度中心往往不重合 在水平地震作用下 会产生不可忽视的扭矩 引起结构的扭转 因此 平面 L 形结构的抗扭问题是设计中的难点 也是十分重要的环节 在高烈度 地震区 结构的整体扭转效应和局部构件的受力特性应该得到更好的控制 2 同时 由于地震作用本身就包含了扭转分量 建筑物在地震中的扭转振动在所 难免 因扭转而引起的震害屡见不鲜 见图 1 4 1 5 2 3 此外 结构在水平地震作用 下的平动与扭转会产生平扭耦联振动 放大动力效应 因此 对建筑结构进行扭转 振动分析 提出相应的控制措施和设计方法 是十分必要和重要的 图 1 4 1999 年台湾 9 21 地震中局部 图 1 5 1999 年土耳其地震中扭转破坏的房屋 倒塌的平面不规则建筑 在框架 剪力墙结构中 剪力墙的抗侧刚度远大于框架 承担大部分水平力 剪 力墙的位置 数量和长度等因素 不仅对结构的抗扭性能有着至关重要的影响 也 决定了剪力墙自身的受力特性 因此 合理的剪力墙布置方案 将优化整体结构的 抗震性能 避免剪力墙的内力过大 针对特殊的平面结构形式 如何从位置 数量 和长度等方面去调节剪力墙 是值得深入研究和探
