剪力墙最优刚度及其计算机实现

系统地提出了高层框架－剪力墙结构中的剪力墙最优刚度的概念，解决长期以来困绕着高层框架－剪力墙结构设计中剪力墙数量合理确定的困难，提供一种确定剪力墙数量的科学方法。在分析剪力墙赐度与地震作用相互关系的基础上，建立确定了剪力墙最优刚度的数学模型。同时，考虑剪力墙剪切变形，框架住的轴向变形，剪力墙基础的转动，以及剪力墙刚度沿结构高度变化对剪力墙最优刚度的影响。     

变刚度框架-剪力墙结构抗地震荷载剪力墙数量的优化分析

本文用微分方程法导出结构单元矩阵,根据相邻两个计算单元的协调条件建立截面矩阵。以结构基础的边界条件为初始值,通过传递矩阵从下而上传导到结构的顶部,再由其顶部边界条件求出第一单元位移及内力,从而求出考虑剪力墙剪切、弯曲变形时的结构变形和内力。文中介绍了用矩阵传导法形成柔度矩阵,用迭代法求结构的自振周期,以及等效地震荷载的换算。在表达了目标函数和约束条件的式子以后,建立了确定剪力墙最优数量的数学模型。最后用工程实例来说明本文的方法。     

框筒结构的简化分析模型

将楼层整体变形分为剪切变形和弯曲变形,用壁式框架D值法和等效连续体法,对在侧向荷载作用下框筒结构进行简化分析.在考虑翼缘框架对剪切变形影响的前提下,应用壁式框架D值法对整体剪切变形进行分析;在考虑剪力滞效应的前提下,用等效连续体法推导剪力滞系数,分析整体弯曲变形.算例结果表明,简化计算与空间框架计算的结果接近,各柱轴向应变的误差在2%～8%之间,水平位移误差在10%之内.     

高层框架剪力墙结构与桩-土共同作用的时程响应分析

考虑框架剪力墙结构与筏板-桩-土之间共同作用的影响,用ANSYS对一20层框架剪力墙结构以及筏板-桩-土建立整体空间模型;着重分析了桩-地基土对上部结构动力特性的影响情况,包括结构振型、周期、位移、内力等动力特性及地震反应行为;并与刚性地基基础假定情况下的结构计算结果进行了分析比较,得出一些有用结论,供工程设计时参考。     

考虑剪力墙剪切变形影响的框架-剪力墙结构分析的传递矩阵法

考虑剪力墙剪切变形影响、连梁固结连接条件,利用变分原理,建立框架-剪力墙结构分析模型的微分方程。推导微分方程的初参数解,进而建立适应变刚度结构分析的传递矩阵法,给出均布荷载和倒三角形分布荷载作用的传递矩阵荷载附加项的计算公式,导出顶部集中荷载、顶部集中弯矩、沿高度方向均布荷载和倒三角形分布荷载作用下的挠度、转角、剪力墙弯矩、剪力的计算公式。以2个铰结体系框架-剪力墙为例,对计算公式进行验证。研究结果表明:当连梁等效抗弯刚度为0 k N·m/m时固结体系可退化成铰结体系,当剪力墙抗剪刚度趋于无穷大时,弯剪型剪力墙可退化为不考虑剪切变形的弯曲型剪力墙,因此,本文微分方程可适应于多种模型的计算;采用传递矩阵法分析变刚度框架-剪力墙结构,其计算结果与采用平均刚度法的理论解析解结果较吻合,证明传递矩阵法与平均刚度法都具有可行性,但若提高计算精度,则应采用能考虑变刚度特征的传递矩阵法或有限元法;考虑剪力墙剪切变形影响的本文计算公式所得计算结果与其他公式所得结果有一定差别。     

基于精确柔度矩阵的多肢剪力墙-框架体系的抗震分析方法

本文在框架-剪力墙侧移公式的基础上建立结构的柔度矩阵,确定结构的自振周期和振型,采用静力方法按实际的地震作用分布计算结构的作用效应,然后采用振型分解反应谱法对结构进行抗震分析。编制了适用于多肢剪力墙-框架体系抗震分析的微计算机程序WFERA—1,用计算实例对本文和一些常用方法算得的结果进行了分析和讨论。     

柱轴向变形对高层框架结构柔度矩阵影响分析

提出一个简单易用的公式，用来计算由框架柱轴向变形而引起的结构侧移，据此分析了框架柱轴向变形对结构柔度矩阵的影响，并将计算结果与综合考虑弯曲变形、剪切变形和轴向变形等因素的微分方程解法作一比较，表明所提出的方法具有较高的计算精度，同时由于方法简单，易于在工程中得到应用。     

热-力耦合作用下钢板剪力墙抗火性能分析

为了研究不同参数对钢板剪力墙抗火性能的影响,应用有限元软件ABAQUS建立不同轴压比和高跨比的钢板剪力墙模型,分析其在标准升温曲线作用下结构变形规律和钢板应力变化。分析结果表明:随着轴压比的增大,柱横向变形和钢板应力曲线变化不明显,随温度的升高,柱轴向位移会随之减小,说明改变轴压比对柱轴向位移有一定影响,位移在极限变形允许范围内;随着高跨比的增大,梁挠度、柱横向变形逐渐增大,钢板应力变化不大,说明改变高跨比对钢框架变形影响较大、受力影响较小,钢框架变形在允许范围内可继续承载。     

框-剪结构考虑墙肢剪切变形时剪力墙合理数量

从框架-剪力墙结构协同工作的连续化分析原理出发,建立了在水平荷载作用下考虑剪力墙剪切变形影响时的平衡微分方程．按照我国现行高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3—2002）和建筑抗震设计规范（GB50011—2001）,推导了考虑剪力墙剪切变形影响时满足层间侧移角限值的抗震剪力墙计算公式,并将其与未考虑剪力墙剪切变形影响时的计算公式进行比较,分析了它们在确定剪力墙合理数量上的相似点与不同点．然后引入了各种修正系数,通过图表探讨了剪切变形系数对剪力墙合理数量的影响．最后给出算例,反映出系数对计算结果的影响程度,并分析了引起差异的原因,该方法简单实用,可用于高层建筑结构的初步设计阶段,     

钢筋混凝土框架——剪力墙结构空间非线性分析的分层分区刚性楼板法

采用空间力学模型,建立可模拟双向弯矩、轴力相互作用的多弹簧梁柱构件杆单元和可考虑中性轴移动的修正多垂直杆单元的剪力墙模型,用计算机对复杂形式的钢筋混凝土框架——剪力墙结构进行了非线性时程分析.空间的力学模型可考虑局部楼板的变形影响,并可沿任意角度输入相互垂直的两个水平地震分量.介绍了该法相应程序的算例.     

框架-剪力墙结构静动力弹塑性分析

基于退化三线性恢复力模型,建立了框架-剪力墙结构的非线性地震反应分析模型.采用非线性分析程序IDARC2D 6.1对三个典型的10层不同剪力墙数量的框架-剪力墙结构进行了地震反应分析研究,探讨了结构在几种侧向分布力下的推覆反应和在水平地震作用下的动力时程反应.计算结果表明,不同水平荷载分布模式对结构的推覆曲线影响较大,同时表明剪力墙数量的不同对结构的振动特性和地震反应均有一定的影响.     

框剪结构剪力墙中断的地震反应分析

建立结构对称和非对称布置的框剪结构的三维有限元模型.采用3种中断条件和2种中断形式研究剪力墙的适宜中断位置和中断形式,并对各模型进行地震反应分析.结果表明:1)上部剪力墙全部中断,对顶点最大位移和振型周期的影响相对较小,但中断处楼层层间位移增大24.4%～41.5%,框架柱的平均剪力增大86.6%～137.1%,而部分中断则可避免层间位移及框架柱平均剪力产生较大突变;2)剪力墙中断后,非对称结构的层间位移、总剪力墙的剪力、框架柱的平均剪力沿结构高度的变化规律与对称结构的情况大致相同,而框架柱平均剪力增大略大于对称结构的情况;3)剪力墙中断位置由低至高的顺序为反弯点位置、最大层间位移角处、剪力为零处.其中,剪力墙在剪力为零处以上中断,框架柱平均剪力的突变最小.     

考虑剪切变形的RC结构梁柱单元模型

基于纤维模型有限单元柔度法,考虑轴向、弯曲和剪切效应,对钢筋混凝土结构承受单调荷载作用进行非线性分析.应用多轴应力状态下的塑性应力-应变关系理论,在单元模型中考虑了弹塑性区域剪切变形对单元弹塑性刚度的影响,建立能够考虑梁柱非线性剪切变形的纤维单元在复杂加载历史中的切线刚度矩阵.在所建立的截面刚度矩阵中,剪切变形和轴向、弯曲变形不耦合,而剪切和弯曲力在单元层面耦合,且在梁单元上满足力的平衡关系.将计算结果和钢筋混凝土柱的加载试验结果相比较,验证了模型的有效性.     

网格式框架的等效抗侧刚度分析

为了解网格式框架抵抗水平荷载作用的能力,基于D值法,假定轴力在结构横截面上呈线性分布,且考虑弯曲变形和剪切变形的影响,得到了在倒三角形分布荷载、均布荷载和顶点集中荷载等作用下结构的等效抗侧刚度公式,并用有限元法及试验做了对比.结果表明:结构侧移以剪切变形为主,但弯曲侧移的影响随结构高度的增加而增加,因此应考虑弯曲侧移对总侧移的影响;中柱的轴向变形对结构抗侧刚度及侧移的影响较小;与有限元法及试验结果的折算抗侧刚度相比,本文的等效抗侧刚度公式具有理想的计算精度,可用于预估结构的抗侧能力.     

高层剪力墙结构动力模型建立及地震响应

用连续—离散化方法建立地震作用下高层剪力墙结构动力模型,通过分布参数建立剪力墙运动方程,楼层集中质量的影响通过边界条件引入,从而推导出高层剪力墙结构频率方程,然后通过数值方法求得频率及振型。通过应用Betti定律,推导出具有集中分布参数高层剪力墙结构的振型正交条件。建立每层剪力墙与楼层集中质量地震作用下的运动方程,通过引入推导的振型正交条件,进行运动方程的解耦,从而得到广义质量及广义荷载,然后通过振型叠加的方法求得结构的地震响应。通过Simulink对一幢16层剪力墙结构进行动力特性及地震作用下的仿真分析。结果表明:应用本文建立的动力模型及动力响应求解方法进行高层剪力墙结构动力特性与动力响应分析的结果与有限元分析结果基本一致,在不同连梁刚度、不同剪力墙高宽比情况下,本文动力模型及动力响应求解方法计算结构动力特性及地震响应的误差较小,满足应用的要求。     

水平荷载控制的复杂体型高层建筑结构设计研究

为对水平荷载控制的复杂体型高层建筑结构设计展开研究,首先阐释了水平地震作用下高层框架-剪力墙结构体系的动力特性,分析了风载作用下结构的风振响应及风荷载标准值计算方法.以某大厦为研究对象,从结构选型与布置、荷载标准值、主附楼之间的连接构造、基础的埋深、持力层的选择等方面对其展开结构设计计算,对结构自振周期、结构自振振型以及地震荷载或风荷载作用下产生位移结果展开了分析.研究结果表明:所研究建筑在水平荷载控制下,结构布置合理,变形满足要求,设计计算结果准确.     

框架-剪力墙混合结构层模型试验研究

为了解混合结构的滞回特性及变形性能,利用低周反复荷载试验对6个不同类型的框架-剪力墙结构进行了研究,得到了各个试件的滞回曲线.通过改变剪力墙刚度,框架柱类型以及轴压比,比较了各种因素对结构受力性能的影响.分析了各个试件的加载过程,破坏形态以及滞回曲线,并提出了数值分析方法对试件进行了模拟,最后得出结论,框架-剪力墙结构的抗侧刚度和变形能力主要取决于剪力墙,框架能够改善结构的变形能力,采用钢框架更有助于结构的抗震.     

高层筒中筒结构的整体稳定简化分析

按照常规的方法,将筒中筒结构的外框筒连续化为具有弯曲变形和剪切变形,同时考虑其剪力滞后影响的等效实腹筒体．内筒只考虑其弯曲变形,内外筒的变形是协调的．然后用虚拟水平分布荷载来模拟由竖向荷载产生的Ｐ＿Δ效应,推导出结构的整体稳定微分方程,用Ｇａｌｅｒｋｉｎ法求解方程并获得整体结构的最小临界荷载．     

加载方式对装配整体式剪力墙结构竖向变形影响模拟分析

准确掌握高层装配整体式剪力墙结构的竖向变形规律对保障施工质量与结构安全具有重要意义。为获得较为精确的装配整体式剪力墙结构竖向变形规律,本文以太原市某高层装配整体式剪力墙结构为例,基于BIM三维模型及施工进度模拟,基于装配式结构施工特点提出了精确荷载加载方式,考虑一次性加载和精确荷载加载方式两种不同加载方式的影响,利用ETABS软件对装配整体式剪力墙结构不同荷载加载模型的施工全过程荷载及竖向变形进行模拟,将模拟结果进行比对分析。结果表明：加载方式对装配整体式剪力墙结构竖向变形计算结果影响较大;考虑装配式结构施工特点的精确荷载加载方式模拟所得竖向变形峰值约为一次性加载竖向变形峰值的61%;相比预制构件,现浇构件变形结果受加载方式影响更大,而预制和现浇构件竖向变形的相互作用将加剧加载方式对结构变形的影响;ETABS竖向变形模拟值可为结构标高预补偿施工方案的确定提供参考,有助于弥补结构施工后变形,优化施工效果。     

异形柱对高层结构受力特性影响浅析

本分析了高层框架剪力墙结构中采用异形柱对结构受力特性的影响,采用异形柱加强了结构整体和总体刚度,减小了结构侧向位移,提高了结构抵抗抗风荷载和水平地震作用的能力。