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带转换层高层建筑结构是一类复杂的结构形式,由于竖向抗侧力构件不连续,导致其在竖向荷载及地震作用下的传力机理十分复杂。梁式转换计算和构造相对简单,因此成为当前国内、外普遍采用的转换形式,但通常转换梁截面较大,影响转换层的使用空间,也不利于抗震。空腹桁架转换结构作为一种新型的转换形式,能够使转换层空间得到充分利用,但国内、外对该种转换形式的系统研究尚嫌不足,因而制约了其在工程上的应用。本文从多方面对空腹桁架转换结构进行了系统深入地理论研究,并与同样条件下的梁式转换结构作比较,为空腹桁架转换结构在工程上的应用提供理论上的依据。
为全面了解空腹桁架转换结构的静力和抗震性能,本文采用空间有限元结构分析程序SAP2000作为理论计算手段,就托墙和托柱两种转换情况,从以下三个方面对空腹桁架转换和梁式转换作比较分析:(1)竖向荷载下的静力性能;(2)弹性抗震性能;(3)静力弹塑性抗震性能。
在竖向荷载作用下,本文比较了两种转换构件的内力性质、分布、大小以及转换层对上、下部结构的影响,并分析了空腹桁架转换结构静力性能的影响因素。通过对两种转换结构动力特性和弹性抗震性能的研究,揭示了小震作用下空腹桁架转换结构的地震响应规律,并分析了与梁式转换结构的异同之处。
静力弹塑性(Push-over)分析表明,两种转换结构在塑性铰分布、极限承载能力、延性等方面均存在一定程度的差别,空腹桁架转换结构的弹塑性抗震性能要明显好于梁式转换结构,同时进一步研究了提高空腹桁架转换结构抗震性能的措施及存在的问题。
本文的研究表明,空腹桁架转换结构是一种比较理想的结构转换形式,在静力和抗震两方面均具有良好的性能,可以应用于实际工程当中。