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1、两安建筑科技大学硕士学位论文带巨型柱的钢框架一核心筒结构抗震性能研究专 筒结构框架地震倾覆力矩比分配不合理，在抗震结构中，抗震规范栅规定：在混合结构中，外框架承受的层剪力必须达到总剪力的2 0 2 5 ，由于外钢框架柱子断面小，钢框架一混凝土内筒结构要达到这个比例比较困难，故可以采用刚度较大的型钢混凝土或钢管混凝土巨型柱或角筒围成的巨型柱，降低按规范调整的系数，可以减小用钢量。3 2 4 对框架承担剪力的影响( a ) X 向两安建筑科技大学硕十学伊论文( b ) Y 向图3 8 巨型柱位置改变时框架承担的剪力和总剪力曲线图3 8 为按弹性动力分析得出的框架承担剪力和总剪力曲线，可以看出：1
2、巨型柱的刚度改变，框架承担剪力的曲线之间有明显的差别，且设置巨型柱的刚度改变列框架承担剪力的影响较为明显。巨柱的刚度改变，框架承担的总剪力曲线基本无变化。通过改变巨型柱的刚度使外框架承担的剪力交大，可以改变钢框架一楱0 筒结构框架剪力分配不合理，节省用钢量。互随着巨型柱的刚度增大，结构总剪力也有增加趋势，但增加幅度较小，即巨型柱的刚度对结构的总剪力影响部敏感。3 3 结构的抗震设计榻念通过前面巨型柱对结构影响的计算分析，可以归纳出带巨型柱的钢框架混凝士内筒结构抗震性能的概念：1 设置巨型柱钢框架一混凝土内筒结构使得外眶架刚度增强，缓解外框架和内筒刚度存在的不协调，且结构的整体刚度得到增加，从而
3、使结构的低阶自振周期、层位移、层间位移角及顶点位移和最大层间位移角者碱小，而框架承担地震倾覆力矩和框架承担的剪力都变大；同样巨型柱设置的位置越靠近角部，结构的低阶自振周期、层位移、层间位移角及顶点位移和最大层间位移角越小，而框架承担地震倾覆力矩和框架承担的剪力都变大。巨型柱周边化可以提供很强抗弯、整体抗扭作用。幺在该结构中，框架抗侧刚度般莎_ 哒到定的程度，才能成为双重抗侧力体系。规范规定：在混合结构中。外框架承受的层剪力必须达到总剪力的2 0 2 5 ，由于外钢框架柱子断面小，钢框架一混凝土内筒结构要达蛩b 富介比例比较困难，因此，这种结构的总高度不宣两安建筑科技大学硕十学伊论文太大，但采用
4、型钢混凝土或钢管混凝土巨型柱则容易接近双重抗侧力体系要求，降低规范要求的调整系数，且可以节省钢材。与加强层相连的外柱往往是受轴力很大的柱子，采用巨型柱可以用数量较少的柱子抵抗水平荷载产生的地震倾覆力矩和剪力，司起至临访珏作用。况目承担轴力值突变也较大，如果采用钢框架柱，轴力的突变对钢框架柱不利，特别是在柱受压时，易使钢柱失稳而屈曲。采用巨型柱可以承受很大的拉力或压力，将引起很大的力矩，反作用在混凝土内筒上，比钢柱降低混凝土内筒承受的地震倾覆力矩的效率更高，可见巨型柱在参与整体抗弯工作方面起着很重要的作用。3 对于钢框架杨心筒结构，主要的抗侧力构件为钢筋混凝土杨I 湔，由于杨0 筒是弯曲型结构，
5、高度加大，挠度增长过快，故这种结构体系的地震或风载下的侧向位移往往会较大，而对带巨型柱的钢框架杨D 筒结构，主要的抗侧力构件为钢筋混疑士扬0 简、巨型柱和加强层构成骨架结构，在结构侧移时，利用刚度较大的加强层，将使外眶架巨型柱参与整体拉伸或压缩，承受较大轴力，即以外柱的轴向变形抵抗水平荷载引起的倾覆弯矩，伸臂对内筒有反向的约束弯矩，使内筒弯矩减小也减小了结构侧移，同时巨型柱还抵抗水平荷载引起的剪力。屯随着巨型柱的形式不同，可自群理形式的巨型柱抗侧移刚度铰大，使得结构的整体侧移刚度改变较为明显，即巨型柱的刚度改变是对结构的抗震性能影响铰为敏感的因素。从这个角度上说，本文提出的改进的种结构体系即带
6、巨型柱的钢框架一混凝士内筒结构可以有效缓解钢框架一杨0 简结构萄生夕 框架和内简之间刚度相差坟= 赶矛盾，即国型柱自魄到加强外框架的效果，从而改进结构本身的抗震性能。两安建筑科技大学硕士学位论文第4 章有限刚度加强层对结构抗震- 陛能的影响在超高层建筑中，侧移控带怊绍提结构设计中所面临的个主要问题。为了使结构在水平荷载下所产生的位移量接近规范要求，超高层建筑崔，庄会采取在结构中布置个或者多个有限 剐度加强层来弥补整体侧向刚度不足的缺陷，从而达至 蒯倒移量的目的。而另方面，所设置的加强层在减小侧移量的同时，亦给超高层结构的设计带来其它方面的影响，尤其是有抗震要求的超高层建筑设计。本节在结合前人对
7、加强层研究的基础t ，主要计算和分析不同有限刚度加强层数量以及刚度对设置b 强层的带巨型柱的钢框架一核心筒结构抗震性能的影响进行分析，所总结的规律和得出的结论将有助于实际工程的计算分析和设计4 1 加强层位置参数的分析4 1 1 对结构慨阶自振周期的影响在带巨型柱的钢框架一杨D 筒结构( 巨型柱位置在正中) 基础E 设置有限刚度加强层，能增强结构的整体肮侧移效果，使得结构的总体刚度得到定的提高，从而影响到结构的低阶自振周期，从下面的分析可以看到这种影响程度。表屯1 不同的加强层位置时结构低阶自振周期数量位置T l “)T 2 ( 对T 3 ( 扭转T 3 ，r 1设一道加2 l 层2 0 6
8、0 2 21 鹤7 6 61 猫1 1o 5 8 5强层1 5 层1 9 7 5 1 11 8 5 7 6 41 1 9 1 9 80 6 0 4设二道加3 2 l 层1 9 9 0 0 21 町0 7 5L 1 7 3 6 6o 的强层7 一1 5 层l - 蝴l1 7 8 6 1 1L 1 4 9 吧!o 5 9 2设三道3 1 3 2 11 蛳6 6 41 8 口0 6 31 1 5 2 鹤0 5 加巨柱铺框架砼内筒互1 7 3 5 91 9 5 8 翦1 2 0 6 3 8o 5 5 5无巨柱钒眶架砼内简2 2 7 2 82 0 5 9 3 11 2 9 7 4 9o 5 7 1从表4
9、 - 1 的结构低阶自振周期可以看出：1 有限刚度加强层设置使得结构的整体刚度得到增加，从而使结构的的低阶自振周期减小，设置加强层的钢框架一混疑土内筒结构明显比不设的钢框架一混凝土内筒结构的低阶自振周期小：第平动周期( Y 向) 的减小幅度在5 - - - 8 1 之间，第二平动周期( X 向) 在3 7 & 4 之间，第三扭转周期不超过4 5 9 6 ，所以有限冈忮加强层的设置对结构的在、Y 方向平动自振周期有明显影响，而对结构扭转周期影响很小。对于结构的扭转及竖向振动，加强层的设置作用不明显，其原因是加强层对内筒及外钢框均匀相当的竖向刚度不会发挥协调3 1西安建筑科技大学硕士学位论文作用的
10、，且期0 臂的平面外刚度并不大，从而也就不会对扣转及竖向振动产生影响。2 有限刚度加强层设置位置不同对低阶自振周期也有影响。当设置道加强层时，加强层设置在中间位置( 1 5 层) 比设置在顶部( 2 l 层) 的低阶自振周期彩划、，减小幅度为屯3 9 6 左右；设置两道加强层时，7 一1 5 层比3 2 1 层的低阶自振周期有所减小，减小幅度为3 8 ；设置三道时，3 1 3 2 1 层比2 l 层、3 2 1 层吲氐阶自振周；渤别、，减小幅度分别为3 5 9 6 、7 同时7 1 5 层比1 5 层的低阶自振周期减，J 、减小幅度4 。3 上面的第一扭转周期与第平动周期的比都低于规范要求的o
11、 9 限值，说明结构体系是合理的。4 1 2 对结构侧移的影晌1 顶瞎啦移、最大层间位黟角及所I 在的位置计算结果有限冈崛咖强层设置会使得结构的整体侧移网度得到加强，从而使结构的侧移减小，从下表可以看到这种影响。表4 2 顶点位移、最大层间位移角及所在的位置( m )卜诹移地震计算方顶点位移项点位移最大层问位所在位最大层闻位所在位文法0 0( Y )移角( 】o置移角“)置设一道2 l 层卯5 3 35 7 2 5 8 71 1 2 3 51 疆1 1 1 0 2l 卵加强层1 5 层4 8 8 1 7 25 3 3 6 31 1 3 1 11 9 F1 1 2 4 l2 0 F设二道3 2
12、1 层勰1 6 3 l5 5 7 1 91 1 2 4 81 5 、1 6I I l l 3 11 5 F加强层7 1 5 层4 6 9 2 0 55 3 M 7 41 1 4 4 81 4 F1 1 2 1 62 0 F设三道3 一1 3 2 l4 7 1 1 7 15 2 & ；5 11 1 3 7 31 7 F1 1 3 0 31 7 F 无巨柱铡姗内筒6 5 2 7 6 87 1 5 9 8 3I 1 0 9 0培、1 91 9 4 71 8 F加巨柱锯睡瞪内筒5 3 2 3 7 56 1 6 0 3 2o 1 0 1 3 31 9 Fo 0 0 1 1 0 0 41 7 、1 8表4
13、 2 给出了结构的顶点位移及最大层问位移角，可以看出：( 1 ) 有限冈忮加强层设置使得结构的整体刚度得到增加，从而使结构的侧移减小，设置加强层的钢框架一混凝土内筒结构明显比不设的钢框架一混凝士内筒结构的顶点位移和 最大层阳瞄角都要小：顶点 鳓剖、幅度，x 方向在5 1 - - - - 9 ，慌艺间；层筘啦移角减小幅度，x 方向在6 1o 2 之间。( 2 ) 设置加强层使得最大层问位移角的出现位置也随着加强层设置位置不同而改变。结构由于设置了有限刚度加强层其最大层间位移角所在的楼层位置发生了明显的变化，一两安建筑科技大学硕七学竹论文般加强层的层问刚度相对其它楼层较大，它的设置常常使结构原先比
14、较协调的层间刚度发生了变化，从而也导致了内力分布的变化，这一点对于抗震来说是非常不利的，它将很容易产生薄弱层，甚至在地震中出现强梁弱柱式的致命破坏，因此，在该结构中，要非常关注设置有限刚度加强层后地震作用下结构薄弱层的设计及验算。( 3 ) 有限刚度加强层设置位置不同表现对侧移的影响也不同，设置道加强层时，在1 5 层的位置比2 1 层位置顶点位移和最大层问位移角都小。设置道加强层( 2 1 层或1 5 层)和孤道加强层( 3 2 l 层或7 1 5 层) 、三道加强层( 3 1 3 2 1 层) 之间的顶点位移和最大层问位移角相差不超过3 蛳，而设加强层与不设加强层之间其值相差1 0 2 ，
15、即在设置道加强层的对降低侧移效率最高，而随着加强层的数量增多，其效率渐渐降低。乏层间位移角计算结果的对比曲线( Y ) 向图4 1 有限刚度加强层位置改变时层问位移角曲线图4 1 为按弹性动力分析得出的结构楼层层间位移角曲线，可以看出：( 1 ) 无论巨型柱的位置在正中、角隅、角上，还是x 向、Y 向的设置加强层的结构层间位移角曲线都被不设置加强层的结构层间位移角曲线包在内部，且加强层对层间位移角的影响较为明显。西安建筑科技大学硕十学付论文在都设置加强层的同时，设置道、二道、三道之间的层间位移角差别不是很明显，不考虑加强层处局部突变，层问位移角基本按设置3 一1 3 2 1 层、7 一1 5
16、层、1 5 层、3- - 2 1 层、2 1 层、钢框架一混凝土内筒的J 呖 序增加。从而可以看出越接近理论分析得到的加强层的合理位置( 理论分析加强层设置位置为：布置道加强层为，o 6 H 附近；二道加强层为：顶层和o 5 “ H 附近或1 3 H ，2 3 t 三道及以上加强层为从顶层向下均匀布置脚) 。层问位移角越小。在下面l 3 楼层其设置加强层的效果基本不明显，而顶部加强层对减小层间位移角的效果比较明显。C 3 ) 从上面可以看到设置加强层的楼层与上下层的剐度发生改变较大，引起层阃位移角都出现了突变，相对来说设置加强层越多，减小层间位移角的效率较低，但可以使结构刚度表现均匀些，对结构的抗震相对有利些，所以达到满足最小位移要求下尽量多设加强层而减小每道加强层的
