扭转体建筑结构中核心筒与框架的相互作用分析

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扭转体型建筑是社会经济迅速发展的产物,具有极高的审美价值。但是建筑结构设计应当尽量简单、规则,因此扭转体型建筑对结构设计提出了更高的要求。为了研究扭转体型框架-核心筒结构的整体性能特点,本文对扭转体型结构的力学简化模型进行理论分析,并建立扭转体型和非扭转体型的20层结构整体模型进行对比分析。论文的主要工作如下:1)通过对扭转体型结构简化模型力的分解推导出楼面扭矩的计算公式,利用有限元分析软件ETABS建立单层的扭转体型结构力学简化模型进行分析,分析楼面扭矩的分配情况,考虑楼板、核心筒以及梁构件对楼面扭矩分配的影响。研究结果表明:扭转体结构中由于柱子倾斜使楼面产生扭矩,该扭矩转化为柱沿扭转切线方向的剪力、柱本身的扭矩以及核心筒水平截面上的剪力;弹性楼板假定对楼面扭矩分配的影响最大,梁构件次之,刚性楼板假定下楼面扭矩的分配则最接近理论值。2)对非扭转体型结构和扭转体型结构的动力特性、结构侧移和构件内力研究表明:扭转结构的抗扭性能比非扭转结构的抗扭性能差,而且在相同的荷载作用下,扭转结构的侧移以及各构件的内力都大于非扭转结构;扭转体型结构对竖向荷载的敏感度远大于对水平荷载的敏感度,具体表现为扭转结构各主要构件的内力和变形均远大于非扭转结构,两种结构的剪力墙、连梁和楼板内力的分布形式也完全不同。3)对非扭转体型结构和扭转体型结构进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,研究表明:在相同地震波作用下,非扭转结构与扭转结构的层间位移角、楼层剪力的数值和曲线形态均无明显差别,结构外框架扭转之后,结构的抗震性能并无明显变化。4)扭转体型结构的影响因素分析表明:控制结构侧移最有效的方式是扩大核心筒占比,其次是改变楼面梁两端的连接方式,而增大核心筒外墙厚度产生的效果最不明显。故建议此类结构可采用扩大核心筒占比的方式来控制结构的侧移。
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