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配置部分型钢混凝土柱的高层混凝土结构抗震性能分析

褚建斌  
【摘要】: 本文主要研究高层混凝土结构中配置部分型钢混凝土柱的整体工作性能及抗震性能,并对该结构不同方案中同一楼层的梁、柱节点在静力作用下的应力、应变及位移情况进行了对比分析。 现代高层建筑是随着社会生产的发展和人类活动的需要而发展起来的,是商业化、工业化和城市化的结果。现代高层建筑不仅要求满足各种使用功能,而且要求节省材料和美观,但由于其结构自重和水平荷载的作用,结构底层框架柱的轴力和剪力特别大。如果采用钢筋混凝土柱,这就势必造成底部框架柱的截面明显较大,出现“短柱”和“胖柱”的情况,既显得特别笨重,影响美观,又占用了较大使用空间;如果采用钢柱,虽然可以大大减小截面尺寸,但其耐腐蚀性、耐火性能差,且后期需要较高的维修费用;而如果采用型钢混凝土柱则既可以有效减小截面尺寸,节省钢材,同时又可免去腐蚀性和耐火性差的困扰,所以对配置部分型钢混凝土柱的高层混凝土结构进行整体受力性能及抗震性能方面的研究就成为了一个新的课题。 本文在总结型钢混凝土柱及其节点受力机理和构造要求的基础上,应用PKPM系列结构设计软件对全部配置型钢混凝土柱、仅四角配置型钢混凝土柱及底部配置型钢混凝土柱等三种结构方案进行了整体受力性能及抗震性能方面的对比分析,同时进行了弹性动力、弹塑性静力和弹塑性动力时程分析以及经济效益方面的对比分析。证明了配置部分型钢混凝土柱的结构,其结构整体受力性能与全部配置型钢混凝土柱的结构相近,型钢混凝土柱与钢筋混凝土柱配合良好,能够共同工作,结构同样具有良好的抗震性能。从而为以后高层建筑的结构选型提供了更多、更灵活的方法。 随后,本文采用有限元分析软件ANSYS对该结构两种方案中同一楼层的型钢混凝土柱-钢筋混凝土梁节点与钢筋混凝土梁、柱节点进行了静力作用下的应力、应变及位移对比分析,从而得到在静荷载作用下,型钢混凝土柱中的型钢与混凝土具有相近的应变和位移值,两者粘结良好、能够共同工作,型钢承担着柱截面上较大的压应力。 型钢混凝土柱-钢筋混凝土梁节点在截面尺寸小于钢筋混凝土梁、柱节点的情况下,其应力、应变及节点位移值均比较接近,充分体现了型钢混凝土柱-钢筋混凝土梁节点在静力作用下良好的受力性能,为型钢混凝土柱的实际应用提供有意义的参考。


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