框支剪力墙结构考虑P-Δ效应的设计方法研究

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框支剪力墙结构作为一种已被广泛应用的高层建筑结构形式,其二阶效应的影响已不容忽视,如何合理的考虑结构的二阶效应,是结构设计中一个重要的问题。虽然近年来各国学者对于二阶效应的研究有诸多成果,但由于二阶效应的复杂性,以及框支剪力墙的结构特殊性,对于可应用于工程实际的框支剪力墙结构的二阶效应简化计算方法还有待进一步的分析和验证。因此在分析了结构侧向变形规律,考虑了材料与几何非线性的基础上,提出面向工程实际的二阶效应简化计算方法,将对结构分析和工程设计有着至关重要的意义。在现行规范中对于框支剪力墙结构二阶效应简化计算方法并未作出明确说明,只是对框架和剪力墙以及框架-剪力墙这三种基本结构形式有对应的设计方法,如果套用规范中已有的简化计算方法进行分析,这样做的合理性还有待验证。因此本论文将基于现行《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)和《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)中关于二阶效应的计算方法,验证二阶效应简化计算方法以及对应的刚度折减系数在框支剪力墙结构中的适用性,并提出简化计算方法适用范围以及在考虑刚度折减的弹性二阶分析中相关刚度折减系数的取值建议。在此基础上本论文取得了如下研究成果:(1)以有实际工程背景的框支剪力墙为算例,对其侧向变形进行对比筛分,明确了框支剪力墙结构的侧向变形规律,具体表现为整个结构以转换层为界,下部框架结构表现出明显的剪切变形,上部剪力墙结构表现出明显的弯曲变形,考察转换层在结构中的不同位置,结构的这种侧向变形特征基本保持一致。(2)对现行规范中考虑P-?效应的几种简化方法,在框支剪力墙结构中的适用性进行判别,发现在整个结构高度范围内使用整体增大系数法,可以基本实现对实际内力增大系数和位移增大系数的有效包络,但计算精度不高,结果过于偏安全。其中,在转换层上部剪力墙结构高度范围内使用整体增大系数法,对于位移的分析结果可满足工程精度要求,而对于内力分析结果而言,虽然整体增大系数能将剪力墙高度范围内的实际内力增大系数完全包络,但在上部和下部的计算过于偏安全,此时采用层增大系数法得到的考虑P-?效应后内力更为精确;在转换层下部框架结构高度范围内使用层增大系数法,结果可以很好的模拟位移和内力的变化规律。(3)通过对比不同结构等效侧向刚度在转换层上部剪力墙结构高度范围内使用整体增大系数法考虑P-?效应的影响,得出通过约束下部框架结构右侧柱水平位移来计算结构等效侧向刚度更为合理、精度更高。(4)对现行规范中规定的刚度折减系数在框支剪力墙结构中的适用性进行分析。结果表明,现行规范中不管是高规折减方案,还是混凝土规范折减方案,从工程精度角度来说对于框支剪力墙结构均可适用。只是对于下部框架结构而言,混凝土规范折减方案分析结果更为精确,对上部剪力墙结构而言,高规折减方案分析结果误差更小,因此提出综合刚度折减方案,即刚度折减系数对于梁折减0.4,柱折减0.6,上部剪力墙统一折减0.5,并通过算例验证其合理性。
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