工程力学 ›› 2020, Vol. 37 ›› Issue (2): 44-49.doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.0078

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高层框架-斜交网格结构协同受力性能研究

史庆轩1,2, 张锋2,3   

  1. 1. 西安建筑科技大学西部绿色建筑国家重点实验室, 陕西, 西安 710055;
    2. 西安建筑科技大学土木工程学院, 陕西, 西安 710055;
    3. 陕西省建筑设计研究院(集团)有限公司, 陕西, 西安 710018
  • 收稿日期:2018-01-27 修回日期:2019-11-22 出版日期:2020-02-25 发布日期:2019-12-06
  • 通讯作者: 张锋(1982-),男,陕西大荔县人,国家一级结构注册工程师,博士生,主要从事高层抗震设计研究(E-mail:306854208@qq.com). E-mail:306854208@qq.com
  • 作者简介:史庆轩(1963-),男,山东-城县人,教授,博士,博导,主要从事工程结构及抗震研究(E-mail:shiqx@xauat.edu.cn).
  • 基金资助:
    国家自然科学基金面上项目(51878540,51478382);国家重点研发计划课题项目(2017YFC0703406)

STUDY ON COOPERATIVE WORK PERFORMANCE OF HIGH-RISE FRAME-DIAGRID STRUCTURES

SHI Qing-xuan1,2, ZHANG Feng2,3   

  1. 1. State Key Laboratory of Green Building in Western China, Xi'an University of Architecture and Technology, Xi'an, Shaanxi 710055, China;
    2. School of Civil Engineering, Xi'an University of Architecture and Technology, Xi'an, Shaanxi 710055, China;
    3. Shaanxi Architectural Design and Research Institute(Group) Co. Ltd., Xi'an, Shaanxi 710018, China
  • Received:2018-01-27 Revised:2019-11-22 Online:2020-02-25 Published:2019-12-06

摘要: 高层框架-斜交网格结构是由高层斜交网格结构和框架结构组成的双抗侧力体系。采用理论推导和数值模拟的方法研究了该体系处于弹性和弹塑性状态下楼层水平剪力分配规律。针对高层斜交网格结构和框架结构协同工作变形特点,提出结构体系的弹性平面简化分析模型,进一步推导出结构侧向变形和剪力计算公式,并研究了结构处于弹性阶段时的剪力分配规律;采用非线性静力推覆法对结构体系在弹塑性阶段的变形特性、刚度退化和剪力分配规律进行了研究。结果表明:高层斜交网格结构和框架结构的协同工作性能良好,结构在弹性阶段,结构刚度的特征值及荷载分布对其剪力分配影响较大;结构进入塑性阶段,斜柱刚度退化速率较快,楼层剪力存在重分配现象。

关键词: 斜交网格结构, 双抗侧力体系, 刚度退化, 弹性阶段, 塑性阶段, 水平剪力分布

Abstract: The high-rise frame-diagrid structure is a new dual system. It is composed of a high-rise diagrid structure and a frame structure. The horizontal shear-force distributions under elastic and plastic states are studied by theoretical derivation and numerical simulation. According to the characteristics of cooperative deformation of the diagrid structure and the frame structure, a simplified 2D elastic analysis model is proposed. Formulas for calculating the lateral deformation and the shear force of structures are derived. The shear distribution characteristics of the structure in the elastic state are also studied. The non-linear static Pushover method is used to calculate the structural system. The deformation characteristics, stiffness degradation and shear-force distribution in plastic stage are studied. The results show that the high-rise diagrid structure and the frame structure have good cooperative behaviors. In the elastic state, the eigenvalues of structural stiffness and the load distribution have a great influence on the shear-force distribution of the structure. In the plastic state, the stiffness of diagonal columns will degrade and the shear force will be redistributed.

Key words: diagrid structure, dual system, stiffness degradation, elastic state, plastic state, horizontal shear distribution

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[1] Moon K S, Connor J J, Fernandez J E. Diagrid structural systems for tall buildings:Characteristics and methodology for preliminary design[J]. The Structural Design of Tall and Special Buildings, 2007, 16(2):205-230.
[2] Shi Qingxuan, Zhang Feng. Simplified calculation of shear lag effect for high-rise diagrid tube structures[J]. Journal of Building Engineering, 2019, 22:486-495.
[3] Zhang Feng, Shi Qingxuan. Calculation and analysis of the physical storey drift for high-rise frame-diagrid structures[J]. The Civil Engineering Journal, 2019, 1:1-12.
[4] Boake T M. Diagrid structures:Systems, connections, details[M]. Basel:Birkhauser Verlag GmbH, 2014:19-48.
[5] 郭伟亮. 高层斜交网格筒结构体系力学性能及地震失效控制研究[D]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2011. Guo Weiliang. Mechanical performance and seismic failure control research on high-rise diagrid tube structures[D]. Harbin:Harbin Institute of Technology, 2011. (in Chinese)
[6] Stafford S B, Coull A. Tall building structures:Analysis and design[M]. New York:John Wiley & Sons, 1991:255-282.
[7] İlker Kazaz, Polat Gülkan. An alternative frame-shear wall model:Continuum formulation[J]. Structural Design of Tall and Special Buildings, 2012, 21(7):524-542.
[8] Tekeli H, Atimtay E, Turkmen M. A simplified method for determining sway in reinforced concrete dual buildings and design applications[J]. Structural Design of Tall & Special Buildings, 2013, 22(15):1156-1172.
[9] 吴迪, 熊焱. 基于试验的斜交网格-核心筒结构概率地震易损性分析[J]. 工程力学, 2018, 35(11):155-161. Wu Di, Xiong Yan. Test-based probabilistic seismic fragility analysis of diagrid-core tube structures[J]. Engineering Mechanics, 2018, 35(11):155-161. (in Chinese)
[10] 张锋, 史庆轩, 贺志坚. 高层斜交网格筒结构最小势能法简化计算研究[J]. 工程力学, 2019, 36(增刊1):25-30. Zhang Feng, Shi Qingxuan, He Zhijian. Simplified calculation of minimum potential energy method for high-rise diagrid structure[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(Suppl):25-30. (in Chinese)
[11] 包世华. 新编高层建筑结构[M]. 北京:中国水利水电出版社, 2010:158-200. Bao Shihua. Newly edited high-rise building structures[M]. Beijing:China Water Power Press, 2010:158-200. (in Chinese)
[12] Jinkoo K, Yong H L. Seismic performance evaluation of diagrid system buildings[J]. The Structural Design of Tall and Special Buildings, 2012, 21(10):736-749.
[13] Lee D, Shin S. Advanced high strength steel tube diagrid using TRIZ and nonlinear pushover analysis[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2014, 96(4):151-158.
[14] 滕军, 郭伟亮, 张浩, 等. 斜交网格筒-核心筒结构地震非线性性能研究[J]. 土木工程学报, 2012(8):90-96. Teng Jun, Guo Weiliang, Zhang Hao, et al. Study of the nonlinear seismic performance of diagrid tube-core tube structures[J]. China Civil Engineering Journal, 2012(8):90-96. (in Chinese)
[1] 田志强, 李彦斌, 张培伟, 费庆国, 钱意彦. 复合材料层合板多尺度交互渐进损伤分析[J]. 工程力学, 2019, 36(12): 247-256.
[2] 史庆轩, 王峰, 赵锐锐, 王朋. 斜交网格X型节点轴向往复荷载作用下的性能研究[J]. 工程力学, 2017, 34(8): 60-68.
[3] 张爱林, 叶全喜, 郭志鹏, 孙超. 装配式零初始索力摩擦耗能复位支撑力学性能试验研究[J]. 工程力学, 2017, 34(11): 41-49.
[4] 马军卫, 潘金龙, 尹万云, 刘守城, 莫创. 灌浆套筒连接全装配式框架-剪力墙结构抗震性能试验研究[J]. 工程力学, 2017, 34(10): 178-187.
[5] 史庆轩, 戎翀, 张婷, 任浩, 赵冬. 基于统一强度理论的钢管混凝土斜交网格平面相贯节点承载力分析[J]. 工程力学, 2016, 33(8): 77-83.
[6] 王成华, 杨阳, 康强, 殷德政, 水涌涛. 一种新型刚度退化模型及复合材料结构渐进损伤分析的通用方法实现[J]. 工程力学, 2016, 33(4): 17-23.
[7] 胡海蛟, 彭刚, 谢玖杨, 王敏. 混凝土循环加卸载动态损伤特性研究[J]. 工程力学, 2015, 32(6): 141-145.
[8] 余 波 洪汉平 杨绿峰. 非弹性体系地震动力响应分析的新型单轴Bouc-Wen模型[J]. 工程力学, 2012, 29(12): 265-273.
[9] 马恺泽;梁兴文;李 响;邓明科. 型钢混凝土剪力墙恢复力模型研究[J]. 工程力学, 2011, 28(8): 119-125,.
[10] 郭 猛;姚谦峰;袁 泉. 框架-密肋复合墙结构剪力分担率计算方法研究[J]. 工程力学, 2011, 28(2): 141-146.
[11] 龙渝川;李正良;. 基于能量耗散机制的混凝土受压损伤模型[J]. 工程力学, 2010, 27(增刊Ⅱ): 171-177.
[12] 刘建新;高圣宝;梁本亮;王红囡. 基于变形的框架-剪力墙结构地震内力实用计算方法[J]. 工程力学, 2010, 27(增刊Ⅱ): 240-244.
[13] 王铁成;王玉良;邵 莉. 斜向水平荷载作用下双向不等肢配箍框架柱受剪性能试验研究[J]. 工程力学, 2008, 25(增刊Ⅰ): 0-115.
[14] 姚侃;赵鸿铁;葛鸿鹏. 古建木结构榫卯连接特性的试验研究[J]. 工程力学, 2006, 23(10): 168-173.
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[1] 陈有亮;邵伟;周有成. 水饱和混凝土单轴压缩弹塑性损伤本构模型[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 59 -063, .
[2] 李宗利;杜守来. 高渗透孔隙水压对混凝土力学性能的影响试验研究[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 72 -077 .
[3] 王坤;谢康和;李传勋;童磊. 特殊条件下考虑起始比降的双层地基一维固结解析解[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 78 -082 .
[4] 姜亚洲;任青文;吴晶;杜小凯. 基于双重非线性的混凝土坝极限承载力研究[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 83 -088 .
[5] 吴明;彭建兵;徐平;孙苗苗;夏唐代. 考虑土拱效应的挡墙后土压力研究[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 89 -095 .
[6] 左志亮;蔡健;钟国坤;杨春;. 带约束拉杆T形截面钢管内核心混凝土的等效单轴本构关系[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 104 -113 .
[7] 田力;高芳华. 地下隧道内爆炸冲击下地表多层建筑的动力响应研究[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 114 -123 .
[8] 何浩祥;闫维明;陈彦江. 地震动加加速度反应谱的概念及特性研究[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 124 -129 .
[9] 于琦;孟少平;吴京;郑开启. 预应力混凝土结构组合式非线性分析模型[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 130 -137 .
[10] 李忠献,黄 信. 行波效应对深水连续刚构桥地震响应的影响[J]. 工程力学, 2013, 30(3): 120 -125 .
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2018年11月15日