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门式结构作为一种特殊的连体结构,建筑造型浑厚宏伟,散发着大都市的气派,又气势非凡,充满时代的气息,受到国内外建筑师的青睐。门式结构是指底部分开的两个或多个塔楼建筑在一定高度处相连而组成的建筑物,原彼此独立的单体结构由于连体的存在,共同组成了一个巨型体系,其动静力特性、受力机理等与单体结构相比均发生了变化,需深入研究,为门式连体结构的发展提供重要的理论依据。
首先本文在查阅大量文献的基础上回顾了超高层结构和门式结构的历史及工程应用,综述了门式结构的研究现状,并提出了本文的主要工作内容。
静力特性是结构最基本的力学特性,本文补充分析了门式结构与单塔结构在多种荷载工况下结构静力性能的区别、不同连接布置形式的影响及连体桁架在传力体系中的作用。凸显了结构连体方向的巨型框架作用特性,门式结构力学特性的变化。
门式结构底部支座分开的特殊性,地震作用下会产生行波效应。在结构抗震性能上,以一致激励为基础,地震动的输入方向(X向、双向、斜向、竖向及水平与竖向同时作用)、结构性能(连体刚度、塔楼间距、结构对称性)、地震波的频谱特性等多个角度研究行波效应对结构动力响应的影响。研究表明行波效应对结构动力响应的影响不能用有利与不利简单表述,与地震波频谱特性、地震动的传播速度、结构振动特性、结构支座之间的相对距离、连体刚度、设计参数等因素都有关系。连体方向行波效应下也会对不对称结构在垂直连体方向的动力响应产生影响。
体现结构的基于性能设计理念,简化结构抗震性能的计算,采用静力弹塑性方法分析门式超高层的性能。本文从简化模型出发对比了几种传统Pushover方法、可考虑结构高阶振型影响的MPA方法与动力时程方法,发现MPA方法因计入高阶振型的影响与动力方法更接近,并将此方法运用于门式超高层杆系结构模型的静力弹塑性分析,探讨结构门式结构的抗震能力及薄弱杆件、溥弱楼层和塑性铰出现顺序。
基于MPA静力弹塑性分析方法,提出改进MPA方法,用以研究行波效应对门式超高层结构的性能影响。从推导各模态下结构支座位移的贡献出发,先用简化模型进行分析,再对门式超高层杆系结构模型进行分析,探寻可考虑行波效应影响的静力弹塑性分析方法,并研究计入行波效应的门式超高层结构的抗震性能。
从结构静力分析、抗风分析、抗震分析等方面结构的响应特征或环境特点等出发,针对需要重点注意的一些事项,对门式结构设计提供合理的设计建议,对类似结构的分析具有一定的参考价值。