混合結(jié)構(gòu)豎向荷載下的受力性能.doc

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1、混合結(jié)構(gòu)豎向荷載下的受力性能　　摘要:通過一高層混合結(jié)構(gòu)的算例,改變外鋼框架與混凝土核心筒之間的剛度比以及在不同的層高設(shè)置加強層,對高層鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的受力和變形性能進(jìn)行分析比較。結(jié)果表明,增加剪力墻厚度可以顯著的增大剪力墻承擔(dān)的總軸力,并有效的減小樓層豎向位移;加強層對結(jié)構(gòu)豎向變形的影響很大,合理的設(shè)置加強層可有效的減小結(jié)構(gòu)的豎向變形差。　　　　關(guān)鍵詞:高層;混合結(jié)構(gòu);剛度比;加強層　　　　1前言　　　　外鋼框架-鋼筋混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)具有鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的共同優(yōu)點,適合我國國情,已成為當(dāng)前我國高層和超高層建筑的主要結(jié)構(gòu)形式[1][

2、2]。高層建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)多,高度大,柱和墻的軸力、軸向變形都很大,所以在結(jié)構(gòu)計算時必須考慮軸向變形的影響[3]。在混合結(jié)構(gòu)中,鋼構(gòu)件相對于混凝土構(gòu)件來說,截面小,剛度小[4],導(dǎo)致同一結(jié)構(gòu)中不同豎向構(gòu)件的材料特性及應(yīng)力水平的差異很大,使結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下產(chǎn)生顯著的豎向變形差[5],對結(jié)構(gòu)的受力和使用不利?！　「邔踊旌辖Y(jié)構(gòu)在豎向荷載下的受力性能與豎向荷載的大小、施工過程以及混凝土的收縮、徐變等因素有關(guān)。在這篇文章中,我們只討論豎向荷載一次加載下的受力性能,其他因素將在以后進(jìn)行討論。下面以一個高層混合結(jié)構(gòu)為對象,分別按不同的鋼框架與混凝土剪力墻剛度比以及不同位置設(shè)置加強層時的

3、受力和變形情況進(jìn)行計算和比較,提出了此類結(jié)構(gòu)合理剛度比及合理加強層位置的建議?！　　　?計算分析　　　　2.1算例概況　　結(jié)構(gòu)為二十三層外鋼框架-內(nèi)混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)[1],平面尺寸及布置如圖1所示,結(jié)構(gòu)總高為78.3m,1到2層層高為4.5m,3到23層層高為3.3m。在結(jié)構(gòu)的1、2層抽柱形成大空間,外鋼框架柱、梁均采用方鋼管。全部柱及加強層梁尺寸為800mm×800mm×55mm;其余的梁尺寸均為600mm×600mm×55mm;芯筒為鋼筋混凝土,墻厚根據(jù)計算方案不同從200mm到600mm變化;標(biāo)準(zhǔn)層鋼筋混凝土樓板厚150mm,加強層及抽柱處樓板厚200mm。鋼材

4、采用Q235,混凝土為C40?；詈奢d取值為3kN/m2。　　　2.2計算方案　　計算程序采用大型結(jié)構(gòu)分析通用有限元程序ANSYS6.1,采用梁、殼單元進(jìn)行分析。為了探尋剪力墻與鋼框架不同剛度比以及不同位置設(shè)加強層對結(jié)構(gòu)豎向受力性能的影響,采用如下幾個方案進(jìn)行分析計算:方案一(w2):剪力墻厚度為200mm;方案二(w3):剪力墻厚度為300mm;方案三(w4):剪力墻厚度為400mm;方案四(w6):剪力墻厚度為600mm;每種方案里面又分5種情況:⑴,不設(shè)加強層(s0);⑵,第3層加強(s3);⑶,第3、14層加強(s3-14);⑷,第3、23層加強(s3-23);⑸,

5、第3、11、23層加強(s3-11-23)。4　　2.3計算結(jié)果　?、僮兗袅穸葧r剪力墻承擔(dān)的總軸力比較(圖2)　　　在圖2所示的五種情況下,隨著剪力墻厚度的增加,剪力墻承擔(dān)的總軸力均大幅增加,大于20%,增加百分?jǐn)?shù)逐漸減小。不設(shè)加強層時,剪力墻厚度增加100mm,承擔(dān)的軸力平均增加22.05%;厚度增加200mm,承擔(dān)的軸力平均增加39.17%;厚度增加400mm,承擔(dān)的軸力平均增加63.55%。第3層設(shè)加強層后,剪力墻承擔(dān)的軸力隨墻厚增加的變化情況和不設(shè)加強層時的變化相差不大,分別增加1.3%、2.67%和4.95%,加強層以下墻的軸力隨墻厚的增加影響逐漸減小。設(shè)第

6、2、3道加強層與設(shè)1道加強層時相比的平均增長幅度變化不大于2%。第3層和頂層加強時,頂層剪力墻承擔(dān)的軸力隨墻厚的增加變化不大,當(dāng)墻厚增加100mm、200mm和400mm時,軸力分別增加2.3%、1.88%和1.96%?！　、诓煌恢迷O(shè)置加強層時剪力墻承擔(dān)的軸力比較(圖3)　　剪力墻厚為200mm時,第1道加強層設(shè)在第3層時,豎向荷載下剪力墻承擔(dān)的軸力,在加強層突然增大14.8%;加強層以下剪力墻軸力增大,但增大百分比顯著減小(<1.9%);加強層向上至頂層剪力墻軸力減小,減小百分比逐漸減小。在第14層設(shè)第2道加強層時,第3層以下與只設(shè)1道加強層時相比剪力墻軸力增加

7、小于1.0%;從第1道加強層以上到第2道加強層之間,剪力墻承擔(dān)的軸力比不設(shè)加強層時的減小,減小百分比逐漸減小,但減小量低于只設(shè)1道加強層時的減小量;第2道加強層處剪力墻軸力則突然增大7.66%;第2道加強層以上至頂層,剪力墻軸力減小,減小百分比逐漸減小。第2道加強層設(shè)在頂層時,第3層以下與第2道加強層設(shè)在第14層時的相比,變化小于0.5%;第3層以上墻軸力的變化與不設(shè)加強層時相比從減小9.96%向上逐漸變化到頂層的增加100.52%。在第3、11、23層處設(shè)置共3道加強層時,剪力墻承擔(dān)的軸力與不設(shè)加強層時相比,加強層處均突然增