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《哈尔滨工业大学》 2011年
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高层斜交网格筒结构体系力学性能及地震失效控制研究

郭伟亮  
【摘要】:21世纪初,Norman Foster将斜交网格筒结构成功应用于瑞士再保险大厦(2004)和纽约赫斯特大厦(2006),引起了世界各国建筑师和结构工程师的关注。在随后的几年中,国内外该类型高层、超高层建筑日益增多,然而现阶段该类型体系的抗震性能研究,特别是强烈地震作用下的失效模式和失效控制指标尚不明确。为解决目前高层建筑斜交网格筒结构体系理论研究落后于工程实践的问题,本文分别从体系的受力特点、协同工作性能、抗震性能、大震失效模式优选及失效控制指标等方面展开研究。 (1)针对高层斜交网格筒结构体系的重要受力元素——斜交网格筒,研究其在竖向和侧向荷载作用下的受力特点,包括水平环梁和交叉斜柱的内力特点、分布规律以及网筒平面形状对其受力特点的影响。补充给出斜交网格平面的抗弯刚度简化计算方法并对网筒整体抗弯刚度的计算方法进行修正,提出了斜交网格筒在典型侧向荷载作用下的侧移简化计算方法,基于该方法探讨了网筒主要参数的敏感性并给出敏感性排序。 (2)在同时考虑内外筒的弯曲变形和剪切变形的基础上,对体系进行了连续化等效,建立了体系平衡微分方程,给出了体系在工程常见三种侧向荷载作用下的结构侧移以及内外筒楼层内力的解析解。总结了内外筒协同工作性能,阐述了斜交网格筒网格形式的主要影响因素,探讨了不同斜交网格筒网格形式以及不同网筒高宽比对结构侧向刚度和外筒斜柱材料用量的影响并给出相关参数的优选取值方法。 (3)对典型钢管混凝土斜交网格筒-钢筋混凝土核心筒结构进行了模态静力弹塑性推覆分析和动力弹塑性时程分析。总结了体系塑性发展过程及构件屈服顺序,阐述了斜交网格筒构件屈服路径及空间工作性能,并从斜交网格筒作用力的变化解释了内外筒间内力重分配的原因,明确了内外筒内力分配特点,基于内外筒抗侧刚度的发展过程,说明了结构抗侧刚度退化的主要原因,分析了体系抗侧刚度、塑性耗能的关键构件,探讨了体系的抗震概念。 (4)通过对高层斜交网格筒结构典型模块缩尺模型进行拟静力试验,较好地验证了体系构件的塑性发展顺序、斜交网格筒构件失效路径、斜柱屈服机制等抗震性能。基于高层斜交网格筒结构工程项目,将论文前期研究成果应用到典型实际结构中,一方面较好地验证了研究成果,另一方面也有效地指导了实际工程应用,取得了较好的经济效益。 (5)基于高层斜交网格筒结构的抗震性能分析了体系主要的影响因素,并基于体系的塑性耗能分布规律和分配特点探讨了其对体系大震失效模式的影响规律,结合结构抗震概念设计思想建立了体系的失效模式优选原则,得到了体系的大震优选失效模式。 (6)通过斜交网格筒结构受力机理分析,提出以结构有害层间位移角作为体系大震失效控制指标,建立了通过斜交网格筒几何参数直接计算外网筒抗侧力退化点性能指标的方法并探讨了主要参数的取值,基于结构“大震不倒”抗震设防目标给出了体系大震失效控制指标。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU399;TU311.3

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