高层建筑框筒结构简化分析方法研究

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框筒结构作为一种经济合理的结构形式,在比较大的高度范围内得到广泛应用。框筒结构的基本形式是由密布的外围宽柱和深群梁组成的筒体结构。由于壁板框架构件的弯曲和剪切柔度,框筒结构的整体弯曲变形不再象实腹筒那样符合平截面假定。水平荷载作用下的框筒结构中负向剪力滞后效应的出现,在文献中有所描述,但深入的研究相对缺乏。本文主要的研究内容是提出一种适用于框筒结构的简单同时又具有合理的精确度的分析方法,在其中同时考虑正向剪力滞后效应和负向剪力滞后效应的作用。首先把壁板框架转化为等效的正交各向异性板,其弹性特征量能够反映实际结构的轴向变形刚度和剪切变形刚度。通过假定等效实体筒截面上的轴向变形在腹板和翼缘板上分别为三次抛物线和抛物线分布,利用最小势能原理,推导出控制微分方程。通过规则的框筒结构与箱形梁的剪力滞后效应之间的类比,本文把等效实体筒截面上的轴向应力分布划分为两种模式:一种形成正向剪力滞后效应,它是产生剪力滞的后效应的原因; 另一种形成负向剪力滞后效应。两种模式下轴向应力分布的迭加结果,形成最终的正向剪力滞后效应或者负向剪力滞后效应。进而推导出轴向应力的计算公式在等效实体筒分析成果的基础上,提出考虑负向剪力滞后效应的等代角柱法,并给出等代角柱以后翼缘框架柱的轴力的计算方法。等代角柱系数取决于翼缘板的相对剪切刚度、角柱与翼缘框架中柱的横截面积的比值以及水平荷载的作用形式。并且通过用框筒结构等效实体筒的特征量来替代箱形梁近似解的参数,把悬臂箱形梁的分析方法类推到规则框筒结构的分析中,得到等代角柱系数以及均布荷载作用下正向剪力滞后效应与负向剪力滞后效应的临界点到结构自由端的距离的计算公式。随后,本文提出了一种考虑柱的轴向变形的影响分析壁式框架的方法。本文提出的方法适用于结构初步设计阶段的快速估算,以及在设计最后阶段对电算成果提供一种人为校核。结果表明,这种简化方法具有足够的精度。
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