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转换层结构是现代多、高层建筑发展的趋势,本文针对常用转换层结构的优缺点,提出了一种新型的转换层结构——拱式转换层结构。拱式转换层是一种新型的结构体系,也是一种特殊的转换结构,在实现大空间方面有着其它转换结构无法比拟的优点。鉴于多方面的考虑,本论文分析了拱式转换层结构的静力和动力性能,重点进行了地震作用下的时程分析。本文进行了大量的数值分析工作,主要的工作有:
本文对常用的转换层结构形式进行了介绍,综述了转换层结构的应用与未来的发展,简要介绍了本文分析中所必须的知识。
竖向荷载作用下拱式转换层结构受力性能表明:必须适当地控制拱高跨比。经分析,拱高跨比取值范围为0.25-0.35,矢跨比为1/8较为合理,另外还必须适当地控制上弦杆和主拱的线刚度比。上弦杆和主拱的线刚度比不小于0.59较为合理。上弦杆和主拱截面的轴力是设计中的控制内力。
拱式转换层多遇震作用下的弹性反应表明:结构的绝对位移和层间位移角在转换层处发生突变,等效侧向刚度比对两者影响较大。楼层剪力在转换层处会发生突变,等效侧向刚度比偏离0.45较远时,地震作用突变较剧烈。等效侧向刚度比为0.4-0.5较合适。
梁式转换层结构和拱式转换层结构的算例表明:平面对称的带拱式转换层的框架结构体系水平刚度较大,具有很好的抵抗侧向变形的能力,结构各杆件主要承受轴向力的作用,具有很好的抗震性能。对于控制顶层位移、层间相对位移和转换层附近构件地震内力等方面优于梁式转换层。同时采用拱式转换层可以争取较大的建筑空间。而且钢筋及混凝土等材料用量明显少于梁式转换层,故拱式转换层结构优于梁式转换层。