某高層辦公樓上下部共同作用的有限元分析.pdf

1、對(duì)建于軟土地基上的高層建筑，若結(jié)構(gòu)分析采用傳統(tǒng)的簡(jiǎn)化計(jì)算方法常常不是給工程造成浪費(fèi)就是產(chǎn)生安全隱患，只有采用共同作用分析方法，將上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基三者作為一個(gè)受力的整體系統(tǒng)進(jìn)行分析，才能比較真實(shí)地反映其實(shí)際工作狀態(tài)，使設(shè)計(jì)既安全又經(jīng)濟(jì)。由于問題的復(fù)雜性，對(duì)上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基的共同作用問題的研究始終受到國(guó)內(nèi)外土木工程界的高度重視。 近年來，有限元法和子結(jié)構(gòu)法等計(jì)算方法的成熟、大型通用有限元軟件的開發(fā)和計(jì)算機(jī)硬件的快速發(fā)展為這一

2、課題的研究提供了可能。本文采用通用有限元分析軟件ANSYS，對(duì)某高層辦公樓(框架—剪力墻結(jié)構(gòu))分別建立了簡(jiǎn)化計(jì)算和共同作用分析的有限元模型。首先進(jìn)行了重力荷載、風(fēng)荷載和水平地震作用下兩個(gè)模型的變形和內(nèi)力結(jié)果對(duì)比；然后通過變化共同作用分析模型的地基變形模量、筏板厚度和上部結(jié)構(gòu)剛度來探討框架—剪力墻結(jié)構(gòu)共同作用的機(jī)理。通過計(jì)算分析，得出以下結(jié)論： 1.在重力荷載作用下，考慮共同作用后，框架的中柱軸力減小而邊柱軸力增大，即產(chǎn)生邊柱增荷

3、效應(yīng)，而且上部結(jié)構(gòu)的次內(nèi)力隨著樓層的增高而減小。 2.在風(fēng)荷載作用下，考慮共同作用后，結(jié)構(gòu)整體側(cè)移增大，表明結(jié)構(gòu)整體剛度減??；框架承擔(dān)的剪力比例增大，表明框架在整體結(jié)構(gòu)中的貢獻(xiàn)作用增強(qiáng)，框架內(nèi)力增大。 3.模態(tài)分析表明，考慮共同作用后，整體結(jié)構(gòu)不僅自振周期增大而且振型會(huì)發(fā)生改變，如本工程實(shí)例中，第一自振周期的振型在簡(jiǎn)化計(jì)算模型中表現(xiàn)為X向一階，而在共同作用分析模型中為Y向一階。 4.水平地震作用下，考慮共同作用后

4、，結(jié)構(gòu)總地震力減小，框架承擔(dān)的地震力比例增大，剪力墻承擔(dān)的地震力明顯下降。 5.在上部結(jié)構(gòu)剛度、基礎(chǔ)剛度不變的情況下，當(dāng)?shù)鼗兊密浫鯐r(shí)(變形模量Es減小)，基礎(chǔ)的差異沉降增大，導(dǎo)致基礎(chǔ)的整體彎曲內(nèi)力和上部結(jié)構(gòu)的次內(nèi)力增大，表現(xiàn)為邊柱增荷效應(yīng)增強(qiáng)。 6.在上部結(jié)構(gòu)剛度、地基剛度不變的情況下，當(dāng)基礎(chǔ)剛度增大(筏板厚度加大)時(shí)，基礎(chǔ)的差異沉降減小，上部結(jié)構(gòu)的次內(nèi)力減小，但是基礎(chǔ)內(nèi)力增大。 7.在地基剛度、基礎(chǔ)剛度不變的