高层装配式混凝土正交斜放空间网格盒式筒中筒结构研究

发布时间：2020-11-19 07:11

　　筒中筒结构是高层建筑的主要结构形式之一,具有抗侧刚度大,整体性好等特点,在地震作用也具有很好的抗震性能。但筒中筒结构也存在框架截面尺寸较大,剪力滞后效应导致材料不能充分利用等缺点,且建筑立面造型较为单一。贵州大学马克俭教授在筒中筒结构的基础上,提出了盒式筒中筒结构的概念,并在唐山建华检测中心成功应用,节约材料的同时还降低了楼层高度,取得了良好的经济社会效益。当前的高层建筑主要以现浇混凝土结构为主,有施工工期长,施工环境差等缺点。住建部十三五规划发文明确提出要大力发展绿色建筑,提高建筑结构的装配化,有利于建筑产业的可持续发展。新型装配式混凝土盒式筒中筒结构,将装配式施工方法应用于新型混凝土盒式筒中筒结构中,大大缩短了结构的施工工期,盒式结构的杆件具有小和多的特点,在划分预制单元时,不宜以单个杆件为单元,而以单元集合为基础,提高装配效率。高层建筑的抗震研究一直是结构设计的重点。抗震分析从最初的以反应谱分析为基础发展到当前以动力弹塑性分析为主的研究方法,使得结构分析从静力向动力、从弹性到弹塑性分析的新阶段。伴随着基于性能的抗震设计在超高层建筑中的应用,建筑结构不仅仅要实现大震不倒的宏观抗震性能,还要在不同地震水准下,针对不同的构件实现相应的性能水准,不再仅仅保证结构构件不被破坏,还要保证非结构构件的正常使用,这是基于结构的损坏代价和修复代价的选择。本文以一超高层装配式混凝土盒式筒中筒结构为例,进行了结构的静力和动力弹塑性分析,主要研究盒式筒中筒结构的抗震性能,指出了盒式筒中筒结构在地震作用下的合理破坏机制,并得到了以下研究成果:1.对新型盒式结构实行基于性能的抗震设计,特别是在大震作用下,设置合理的性能水准目标。以常规筒中筒结构的性能目标为基础,提出了新型盒式筒中筒结构性能目标的设定,保证结构在不同地震水准下,结构的破坏形式符合预期的损坏要求和合理的结构破坏机制。针对盒式筒中筒结构空腹夹层板等代为实腹梁进行弹塑性分析时杆件受力和变形的不同,提出了等代实腹梁进行弹塑性分析的适用条件,避免等代实腹梁发生弹塑性变形后对空腹夹层板变形判断的困难,保证结构设计的安全性。2.利用弹塑性分析软件SAP2000对盒式筒中筒结构进行静力弹塑性分析,对结构X、Y两个方向进行侧向推覆分析,将得到的顶点位移-基底剪力曲线转化为谱加速度-谱位移曲线,结合美国ATC-40规范找出结构的性能点。分析结果表明,结构在大震下能力谱和需求谱曲线能相交,且性能点处结构的层间位移角小于筒中筒结构弹塑性最大层间位移角限值,且结构塑性变形主要发生在梁单元的两端且以弯曲铰的形式出现,表明结构设计符合强柱弱梁的要求,从推覆曲线得出结构有较大的安全储备。3.利用性能评估软件PERFORM-3D对盒式筒中筒结构进行动力弹塑性分析,从结构层间位移角和杆件塑性铰的发展顺序和位置为基础,罕遇地震以结构单元的性能状态出发,实行基于性能的抗震设计原则,评估结构的抗震性能,结构单元能实现预期的性能目标。4.进行了盒式筒中筒结构的装配化研究,研究了预制网格单元的划分原则,网格式墙架和楼面梁的连接,以及施工中需要注意的问题。
【学位单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU973.17
【部分图文】：

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1.1 高层建筑的发展古代高层建筑一般使用砖石或木结构建造，主要以宗教寺庙建筑为主，现存古代高层建筑如应县木塔，是我国古代建筑的杰出代表，历经数次大地震而巍然耸立。但这类建筑往往代表宗教和权力，实用性很小。现代高层建筑最早出现在 19 世纪末期[1]，美国芝加哥建造了第一栋高层建筑，11 层的家庭保险大厦，材料上采用铸铁，结构形式为钢框架结构，开创了高层建筑结构发展的新阶段。在此后的 100 多年间，高层建筑迎来了快速的发展时期，1931 年纽约建造了当时世界上最高的帝王大厦，高 381m，102 层，这一记录保持了近半个世纪。二战之后，随着城镇化进程加快，美国建造了大量的高层建筑。有代表性的建筑如芝加哥国家第一银行大楼，60 层，高 244m，采用较大的梁柱截面形成了巨型结构，实现了大空间和超高层建筑的完美结合。希尔斯大厦，110 层，442m，是第一个采用成束筒建造的超高层建筑。

绿地,武汉