非周边剪力墙地下室对结构嵌固作用影响的研究

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高层建筑结构嵌固端是高层结构计算分析中的重要假定,嵌固端的选取直接关系到结构模型的分析正确性和计算准确性,而带地下室的高层结构嵌固端选取问题则是结构设计工作中的常遇问题。当前研究中,关于非周边剪力墙地下室对结构嵌固作用影响的研究相对匮乏,往往由此造成结构设计缺乏参考或出现错误。基于上述情况,本文通过理论研究和算例分析,依托有限元分析工具,对非周边剪力墙地下室成为上部结构嵌固端的条件及相关问题进行了研究,主要研究内容和成果包括:(1)通过对当前研究现状的总结,归纳了现阶段关于结构嵌固作用的研究成果和规范规定,指出了当前研究的不足和疏漏,为设计人员的参阅和研究人员的深化分析提供了支持。(2)通过对等效侧向刚度、地震作用下楼层剪力与层间位移(角)比值刚度和剪弯刚度三种不同定义侧向刚度的深入剖析,厘清了三者的概念、用途、优缺点和异同点,指出等效侧向刚度是作为判断嵌固部位时,计算侧向刚度比的最佳选择,并通过两例模型的对比验证了所做结论。(3)为了验证侧向刚度比限值的合理性,运用ETABS有限元软件,建立了两组结构模型,分析了普通框架结构和普通剪力墙结构对侧向刚度比的限值要求,明确了侧向刚度比限值2作为判断普通结构地下室顶板成为嵌固位置的合理性。研究中采用的参照模型优于前人所作,分析结果更加合理可靠。同时探究了基于嵌固水平位移法的嵌固理论可满足工程精度的要求。(4)通过对地下室周边墙体施加土弹簧,模拟了土体对结构的约束作用,研究发现,当结构自身的侧向刚度比满足要求时,土体约束对结构的整体性能影响不大,但对地下室楼层的受力和变形能起到有益影响;当结构自身的侧向刚度比不满足相关要求时,土体约束对结构整体性能和地下室局部楼层的影响均比较明显。同时指出,土体约束对结构整体性能的影响会随结构的总高度、地上地下部分的高度比例情况而发生变化。(5)运用Midas Building软件,对两例非周边剪力墙地下室结构进行了弹性和弹塑性分析,研究了地下室邻边墙体缺失和对边墙体缺失两种情况对结构嵌固位置判断的影响,指出地下室在非周边布墙的情况下,不宜将嵌固部位设在地下室顶板处,可将结构嵌固位置下移至基础顶面,或通过协调建筑布置以更改布墙方式来均匀刚度分布。
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