带梁式转换层高层建筑抗震优化设计.pdf

大连理工大学
硕士学位论文
带梁式转换层高层建筑抗震优化设计
姓名:宁红超
申请学位级别:硕士
专业:工程力学
指导教师:李刚
20070626
摘要近年来随着科学技术的进步,现代高层建筑结构向着体型复杂、功能多样的综合性方向发展,带有转换层的高层建筑得到了大量应用。其中梁式转换层以其受力明确、传力途径清晰、构造简单等特点受到青睐,是高层建筑中应用最为广泛的转换层形式。但是转换梁自重大、配筋多,需要耗费大量建筑材料;而且容易形成“强梁弱柱”现象,对结构抗震不利。因此,本文就从改变转换梁的结构形式出发对带有粱式转换层高层建筑结构进行抗震优化设计。本文以一幢带有梁式转换层的高层建筑结构为研究对象,根据其建筑特点建立了转换层拓扑优化与梁、柱尺寸优化相结合的一体化抗震优化模型。首先,采用基于但理论的拓扑优化方法对转换层结构进行拓扑优化设计,并根据得到的最优拓扑构造出新的转换层结构形式。将新形式的转换层应用到建筑结构中,在有限元分析软件环境下对新构造的结构迸行模态分析、振型分解反应谱分析等整体动力分析,检验其安全可靠性能,进而选出最优方案。对选出的最优方案进行结构建模,采用基于语言的结构优化模型,在水平地震力的作用下对其分别进行基于成本造价和基于性能的抗震优化设计。通过优化,找出新结构中梁、柱截面的尺寸合理大小,改进结构设计方案。基于成本的抗震优化设计可以将材料成本造价控制到最小,丽基于性能的抗震设计在遵循投资~效益准则的基础上综合考虑了技术、经济、社会等多重因素,将结构寿命周期内的总费用降到最低。通过对优化后的结果进行分析比较,证明了基于性能的抗震优化设计更加合理,对实际工程更具有参考意义。关键词:高层建筑;转换层;拓扑优化;抗震设计带粱式转换层高层建筑抗震优化设计
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作者签名:驽匕盈日期:荆篫:独创性说明作者郑重声明:本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果,也不包含为获得大连理工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
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髀转换层结构的概述舟‘渲近年来,随着经济发展和科技进步,国内外高层建筑的发展十分迅速。而且为满足人们生活快节奏的需要,现代的高层建筑结构越来越高、越建越大,并且向着体形复杂、功能多样、造型新颖的方向发展。例如,在同一座建筑结构中,沿着房屋高度方向建筑功能常常要发生变化,上部楼层布置旅馆、住宅;下部楼层布置商店、餐馆和文化娱乐设施。这就要求结构上部布置小开间的轴线和较多的墙体,而下部则要求柱网尽量稀疏,墙体尽量少】。而从结构的受力上来看,由于高层建筑下部楼层受力很大,上部楼层受力相对较小,正常的结构布置应该是下部刚度大、墙体多、柱网密,到上部渐渐减少墙、柱的数量,以扩大柱网。这样,结构的正常布置跟建筑功能对空间的要求正好相反缤.。因此,为满足建筑结构功能的需要,必须对其进行“反常规设计”,即上部布置小空间,下部布置大空间。而为了实现这种结构布置,就必须在结构发生变化或者上下轴线错位的楼层设置水平转换构件,转换层结构应运而生。目前,这类建筑已经成为现代高层建筑发展的一大趋势。頴由于建筑功能的复杂多变,转换层不止单一的存在下面一层或者几层,有可能存在于中部几个楼层,甚至一栋建筑里存在几个转换层,这就给结构施工带来很大困难。而带粱式转换层高层建筑抗震优化设计小核【太空间图多功能建筑结构正常布置与功能矛盾示意图中层’铬掏豹正蒂葳馆、住宅】占商场
转换层结构的分类和主要形式且由于转换层的设置,改变了高层建筑沿着竖向方向的布置和结构形式,使建筑整体变为竖向刚度不均匀连续的结构体系,在一些薄弱层容易形成应力集中和变形集中。且转换层结构本身要承受上部传下来的巨大荷载,其内力也非常大。加上转换层通常跨度都很大,受到荷载以后的挠度也很大。所以高层建筑结构加上转换层以后对结构抗震是不利的,对这类结构进行深入研究也成为迫切的需要.;徊憬峁沟姆掷由于结构功能的不同,依据转换层所实现的结构转换可以把转换层结构大致分