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超高层建筑巨型框架—核心筒体结构与其基础地基共同工作分析

张正维  
【摘要】:超高层建筑巨型框架-核心筒体结构按外部巨型框架是否设置巨型斜撑而分为不带斜撑巨型框架-核心筒体结构与带斜撑巨型框架-核心筒体结构,这种结构体系的空间工作能力很好,在荷载作用下,结构体系的各个部分之间能够协调一致地工作,具有很好的整体工作性能,是本世纪具有良好发展前景的超高层建筑结构新体系。本论文将超高层建筑巨型框架-核心筒体结构与其基础结构简化为一个支撑在半无限大弹性地基上的加劲薄壁筒组合体,从而建立了这种巨型结构体系的地基、基础、上部结构共同工作的分析模型,然后对该模型进行半离散化处理,也就是选取适当的节线,对该加劲薄壁筒组合体进行划分,并以节线上的未知形变函数为基本未知函数来描述结构体系的位移场或运动场,然后分别运用最小势能原理和哈密顿原理可将这种巨型结构体系的地基、基础、上部结构的共同工作分析和自由振动分析转化为一系列常微分方程组的边值问题和特征值问题,再利用常微分方程求解器进行求解。算例计算结果表明:分析模型是合理的、可行的,从而为超高层建筑不带斜撑巨型框架-核心筒体结构与带斜撑巨型框架-核心筒体结构的方案设计、初步设计、抗震概念设计以及整体性能评价提供了一种可行的分析方法与计算机程序。论文的主要工作如下: 1.论述了超高层建筑巨型框架-核心筒体结构的发展前景和本研究的理论基础和工程意义; 2.根据Mindlin关于一集中力作用在弹性体中的位移公式,采用能量等效原理导出了半无限大弹性地基相应于各种变形的等效刚度公式,从而为量化分析半无限大弹性地基与基础的相互作用奠定了基础; 3.建立了超高层建筑巨型框架-核心筒体结构与其基础地基共同工作的半解析分析模型,讨论了如何对上部结构、基础、地基进行连续化处理以及如何选取未知的形变函数或广义坐标来描述结构系统在各种作用下的行为等问题; 4.用半解析法对超高层建筑不带斜撑巨型框架-核心筒体结构与带斜撑巨型框架-核心筒体结构与其基础地基的共同工作和多维自由振动进行了分析计算,并对主要设计参数发生改变后,结构的受力特性与动力特性的变化趋势做了深入研究。


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