高层六边形网筒结构变形转角计算方法.pdf
《高层六边形网筒结构变形转角计算方法.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高层六边形网筒结构变形转角计算方法.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、D O I:/j j x a t u e d u c n h t t p:/x b x a t u e d u c n高层六边形网筒结构变形转角计算方法符子欣,李志军,汤若辰(西安工业大学 建筑工程学院,西安 )摘要:为了探究高层六边形网筒结构可靠变形转角对该类结构抗震设计的影响,文中在高层六边形网筒结构主要受力构件基本构成的基础上,提出了一种该类结构变形转角简化计算方法.通过考虑结构弯曲变形和剪切变形的影响,给出了典型六边形细胞单元剪切、弯曲刚度简化计算式,建立了六边形网筒结构子模块的变形转角和腹板角部斜柱轴向应变之间关系.构建一个 层四种不同角度的六边形网筒结构有限元计算模型,在不同荷载作
2、用下进行了结构静力弹性分析.研究结果表明:在 ,和 斜柱角度影响下本文所提结构变形转角简化计算结果与有限元模型分析结果误差分别为,和;在侧向均布荷载、倒三角形荷载和顶点集中荷载模式下二者误差分别为,和.这说明文中提出的不同斜柱角度和侧向荷载作用下结构子模块变形转角计算方法可行,以期为高层建筑六边形网筒结构抗震设计提供参考.关键词:六边形网筒;变形转角;轴向应变;斜柱角度中图号:TU 文献标志码:A文章编号:()C a l c u l a t i o nM e t h o df o rL a t e r a lD e f o r m a t i o nA n g l eo fH i g h R
3、i s eH e x a g o n a lG r i dT u b eS t r u c t u r e sF UZ i x i n,L IZ h i j u n,T ANGR u o c h e n(S c h o o l o fA r c h i t e c t u r ea n dE n g i n e e r i n g,X i a nT e c h n o l o g i c a lU n i v e r s i t y,X ia n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h es t u d ya i m st oi n v e s t i g a t et
4、h ei n f l u e n c eo ft h ed e p e n d a b l ed e f o r m a t i o na n g l eo nt h es e i s m i cd e s i g no fh i g h r i s eh e x a g o n a lg r i dt u b es t r u c t u r e s A n e w s i m p l i f i e dc a l c u l a t i o n m e t h o di sp r o p o s e d i nt h ep a p e r f o r l a t e r a l d e f
5、 o r m a t i o na n g l eo fh i g h r i s eh e x a g o n a lg r i dt u b es t r u c t u r e sb a s e do nt h em e c h a n i c a lm o d e lo ft h e m a i nl o a d b e a r i n gc o m p o n e n t s C o n s i d e r i n gt h ei m p a c t so fs t r u c t u r a lb e n d i n gd e f o r m a t i o na n ds h e
6、 a rd e f o r m a t i o n,as i m p l i f i e df o r m u l af o rc a l c u l a t i n gt h es h e a ra n db e n d i n gs t i f f n e s so ft y p i c a lh e x a g o n a lc e l le l e m e n t si s p r e s e n t e d,a n dt h e n t h er e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h ed e f o r m a t i o na n g l
7、 eo f t h eh e x a g o n a lg r i dt u b es t r u c t u r a lc e l lm o d u l ea n dt h ea x i a ls t r a i no f t h e i n c l i n e d第 卷第期 年月西安工业大学学报J o u r n a l o fX ia nT e c h n o l o g i c a lU n i v e r s i t yV o l N o F e b 收稿日期:基金资助:陕西省(工业领域)重点研发计划(G Y );西安工业大学教学改革研究重点项目(J G Z ).第一作者:符子欣()
8、,女,硕士研究生.通信作者:李志军(),男,教授,主要研究方向为结构振动控制及健康监测,E m a i l:l z j s j h a l i y u n c o m.引文格式:符子欣,李志军,汤若辰高层六边形网筒结构变形转角计算方法J西安工业大学学报,():F UZ i x i n,L IZ h i j u n,T ANG R u o c h e n C a l c u l a t i o n M e t h o df o rL a t e r a lD e f o r m a t i o nA n g l eo fH i g h R i s eH e x a g o n a lG r i
9、dT u b eS t r u c t u r e sJ J o u r n a l o fX ia nT e c h n o l o g i c a lU n i v e r s i t y,():c o l u m na t t h ec o r n e ro f t h ew e b i se s t a b l i s h e d T h e f i n i t ee l e m e n tm o d e l o f f l o o rh e x a g o n a l g r i dt u b es t r u c t u r e sw i t hd i f f e r e n ti
10、 n c l i n e da n g l e so ft h ec o l u m n si se s t a b l i s h e d,w i t h w h i c ht h es t a t i ce l a s t i ca n a l y s i su n d e rd i f f e r e n tl o a dt y p e si sm a d e T h er e s u l t ss h o wt h a t,f o rt h ei n c l i n e dc o l u m na n g l e so f ,a n d ,t h ee r r o r sb e t w
11、 e e nt h er e s u l t so b t a i n e db yt h ep r o p o s e ds i m p l i f i e dc a l c u l a t i o nm e t h o da n dt h eo n e so b t a i n e db yt h ef i n i t ee l e m e n tm o d e la n a l y s i sa r e,a n d,r e s p e c t i v e l ya n d t h a t,f o r l a t e r a l u n i f o r ml o a d,i n v e r
12、 t e d t r i a n g u l a r l o a d,a n da p e xc o n c e n t r a t e d l o a d,t h ee r r o r sa r e,a n d,r e s p e c t i v e l y T h e s e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e c a l c u l a t i o nm e t h o dp r o p o s e di nt h i sp a p e r i sw o r k a b l e,w h i c h i se x p e c t e dt
13、 op r o v i d e r e f e r e n c e f o r t h es e i s m i cd e s i g no fh e x a g o n a l g r i dt u b es t r u c t u r e s i nh i g h r i s eb u i l d i n g s K e yw o r d s:h e x a g o n a l g r i dt u b e;d e f o r m a t i o na n g l e;a x i a l s t r a i n;i n c l i n e da n g l e so f t h ec o
14、l u m n s六边形网筒结构的外框筒立面形式是参照自然界中蜂巢的几何形状提出的,高层六边形网筒结构立面形式中没有传统的垂直柱,是通过六边形网格单元围绕在整个建筑周边形成外框筒,并将其转化为斜柱的轴向拉压应力向下层传递,从而抵抗重力、剪切和弯曲作用,具有强大的抗侧向刚度.六边形网筒结构是在斜交网筒结构的基础上进行创新改进而来,目前该结构体系在世界各地已经拥有较少工程的实际应用 ,例如中钢国际广场,巴哈尔塔、广州西塔项目等.为了深入了解网筒结构的受力性能和抗振机理,文献 对外框筒立面中斜柱角度为变角度的斜交网格筒结构进行了分析,得出当高宽比不大于时,采用统一角度的斜柱立面形式比变角度的更加经济
15、适用的结论,但未具体分析斜柱角度的变化对结构抗震性能的影响,得出最优角度区间.文献 首次基于六边形网格筒结构的力学性能来评估其在高层建筑中的适用性,得出几何参数变化对整体结构性能的影响较为明显,通过改变结构的主要几何参数,评价了几种高层建筑实例的结构方案.文献 基于推覆和增量动力分析分别研究了、和 层三种不同斜柱角度的六边形网筒结构的抗震性能,并在此过程中分析了结构连续抗倒塌性能.目前研究仅分析杆件几何因素对抗侧刚度的影响,对六边形网筒结构进行抗震分析时完全依赖有限元软件,未提出一套变形转角的简化计算方法.文献 根据结构斜交网筒结构层间位移确定抗震性能水平划分标准,给出了结构和非结构构件损伤情
16、况与层间位移角的对应关系,文献 确定了斜交网筒结构抗震性能水平相对应的层间位移角,地震耗能过程主要靠外筒斜柱和内筒联系梁.层间位移角是反映结构抗侧向刚度和变形能力的重要指标,目前规范对六边形网筒结构的层间位移角限值没有明确规定.因此建立六边形网筒结构变形转角的计算公式,研究不同斜柱角度结构的层间位移角限值对该结构合理的抗震设计有重要意义.本文拟通过考虑结构弯曲变形和剪切变形的影响,推导剪切刚度和弯曲刚度的简化计算式,基于结构腹板角部斜柱的轴向应变与子模块变形转角之间的关系建立六边形网筒结构的结构子模块变形转角计算式,并与有限元模型计算结果进行分析比较.六边形网筒结构的构建如图所示,六边形网筒结
17、构是将六节点的六边形网格单元围绕在整个建筑周边形成外框筒,以抵抗重力和侧向荷载.图六边形网格筒结构立面示意图F i g S c h e m a t i cd i a g r a mo f t h ee l e v a t i o no ft h eh e x a g o n a l g r i dt u b es t r u c t u r e六边形网格单元又可以细分为两种类型:由四个斜柱和两个水平梁组成的水平六边形网格,以及由四个斜柱和两个垂直柱组成的垂直六边形网格.与斜交网格筒结构最大的区别,就是六边形网格筒结构在立面形式中以六边形网格的单元代替了斜第期符子欣,等:高层六边形网筒结构变形转
18、角计算方法柱与水平环梁交叉所组成的稳定“三角形”.六边形网格单元中的斜柱以轴力的形式从上向下传递,从而抵抗重力、剪切和弯曲作用.文献 指出随着建筑高度的增加,斜交网格外筒对整个结构体系抗侧刚度的贡献也逐渐增大,同时内筒剪力墙的抗侧负担也被减轻.文献 中指出在六边形网格筒结构中,内部核心筒的侧向刚度仅占结构总侧向刚度的 .而作为主要抗侧移构件的六边形外框筒,由于斜柱角度对其抗震性能影响较大,且内部核心筒通常仅仅被作为承重构件.变形转角计算 典型六边形细胞单元剪切刚度简化计算基于刚性楼板假定,高层六边形网格筒结构外框筒六边形细胞单元在层间剪力作用下的受力分析及变形简化如图所示.图六边形斜柱单元变形
19、简图F i g D e f o r m a t i o nd i a g r a mo f ah e x a g o n a li n c l i n e dc o l u m ne l e m e n t假设构件只承受轴向力,则斜柱抵抗的层剪力与斜柱中轴向力的关系为Vn Fnc o s,()式中:V为子模块承受的剪力;Fn为腹板斜柱的轴力;n为主环梁跨数;为斜柱和水平方向的夹角.再假设构件发生线弹性行为,构件的轴力与对角拉伸应变相关,则腹板斜柱轴力和斜柱应变之间的关系式为FnASASE v,()式中:AS为斜柱的横截面面积;为腹板斜柱的应力;v为腹板斜柱的应变;E为斜柱材料的弹性模量.其中斜
20、柱其中斜柱应变v的表达式如式子模块的剪切变形和腹板斜柱的应力应变关系为veLhc o ss i nhc o ss i n,()式中:h为剪力作用下子模块的层间水平位移;h为子模块的高度;为子模块在剪力作用下的层间水平位移角;e为斜柱的变形量;L为斜柱的长度.将式()代入式()中,可以得到斜柱轴力Fn为FnASE VASE s i nc o s,()子模块斜柱所提供的抗剪能力V为Vn ASEVc o ss i n,()可得子模块的剪切刚度KV计算式为KVn ASEVc o ss i n.()典型六边形子模块弯曲刚度简化计算以主环梁跨数为n的六边形网筒结构模型为例推导子模块弯曲转角的简化计算式,子
21、模块在弯矩M作用下的变形如图所示.图子模块在弯矩M的作用下的变形图F i g D e f o r m a t i o nd i a g r a mo f t h es u b m o d u l eu n d e rb e n d i n gm o m e n tM在弯矩M的作用下,中轴线上与环梁相交节点上的斜柱不产生轴向变形,距离中轴线的距离越远,斜柱产生的轴向变形越大,端部的竖向位移为M.斜柱轴力Fi的表达式为FiASiASE i,()式中:i为斜柱应力;i为弯矩M作用下斜柱的应变;E为斜柱材料的弹性模量.斜柱的轴向变形和斜柱应变之间的关系为ieiML,()式中:eMMs i n为子模块斜
22、柱翼缘斜柱的轴向变形,从端部向中轴线与主环梁相交于,节点的斜柱产生的轴向位移依次为M,/M,/M,轴向变形分别为eM/Ms i n,eM/Ms i n,eM/Ms i n.将()代入()中可以得到子模块在弯矩M作用下,斜柱的轴力的表达式为FiASEeiML,()西安工业大学学报第 卷子模块承受的弯矩M和斜柱轴力关系式为MFs i ndFs i ndFs i ndFs i nd,()式中:F为翼缘斜柱的轴力FASEMs i n/L;F,F,F为腹板相交于节点,的斜柱轴力.弯曲转角M和子模块端部产生的竖向位移M与的比值为MMd.()可得子模块承受的弯矩M和弯曲转角之间的表达式为M ASEMds i
23、 nL.()由式()可得子模块的弯曲刚度K M表达式为KM ASE ds i nL.()典型六边形子模块变形转角计算由式()可得剪切转角V的计算式为VVKVVn ASEc o ss i n.()由式()可得弯曲转角的计算式为MMKMM L ASE ds i n.()剪切转角与弯曲转角之间的比值为VM d Vt a nn M.()文献 研究表明,受拉翼缘板向着受压翼缘板立面角部斜柱率先出现塑性铰的现象,塑性铰均呈现出沿着受压翼缘板立面集中向结构上部蔓延的趋势.本文变形转角的计算式则基于结构角部斜柱的轴向变形与子模块的剪切转角与弯曲转角之间的关系建立.子模块变形转角与腹板角部斜柱的轴向应变之间的关
24、系式为Vhc o sds i n s i nL S.()六边形网筒结构子模块剪切转角计算式为VV/c o ss i n,弯曲转角计算式为MM/c o ss i n,子模块的竖向位移为DFDh/n ASEs i n.由()和()可得变形转角的计算式为 d Vt a nn ML FDhn ASEs i n d Vs i nn Mds i n.()有限元验证参考国内外已有工程实例,在控制用钢量相等的原则下通过有限元软件,建立 层六边形网格筒结构模型.参考文献 所建立的模型,及 钢管混凝土结构技术规范G B 和 混凝土结构设计规范G B 中混凝土抗压强度和弹性模量标准相关参数,确定钢管混凝土构件采用Q
25、 钢,默认刚性连接.所有模型层高均为m,建筑总高度 m,结构尺寸平面为 m m.斜柱的角度分别为 ,和 ,环梁部分采用工字型钢 截面.模型中斜柱的具体截面尺寸见表,基于S A P 的结构有限元模型如图所示.表高层六边形网筒结构斜柱截面参数T a b S e c t i o np a r a m e t e r so fd i a g o n a l c o l u m n s i nh i g h r i s eh e x a g o n a l g r i dt u b es t r u c t u r e s模型一()模型二()模型三()模型四()楼层/层钢管截面/mm楼层/层钢管截面/m
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高层 六边形 结构 变形 转角 计算方法
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。