浅谈具有双螺旋悬挑桁架的筒体结构性能及设计方法研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文具有双螺旋悬挑桁架的筒体结构性能及设计方法研究姓名：卢志青申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：龙炳煌;王克显20030101武汉理工大学硕士论文硕士学位论文摘要论文题目；具谢双螺旋悬挑桁勰的简体结构燃能及设计方法研究一、簪}究瓣鑫豹积意义近年来随着我国经济的发展，城市中对高层甚蕊超高层办公楼的需求愈采愈多。在各种高层结构体系中，筒中筒结构体系的抗侧力刚度较大且易形成大空间使用面积，故在超高层办公楼建筑中使用较多。但传统的筒中筒终构体系由于底蒺占建藩积一簸著不失，豆每层垂妻及瘩平公共交遴嚣积较大，职啦每基实舔办公区使髑蕊积偏小，～定程度上限割了建筑的

2、充分割角。本谦蹶研究具有双螺旋悬挑桁架的高层建筑结构体系的目的是利用悬挑舆缘使每层斑筑面秘增加40一50％，从而降低了交通面积和辅助面积所占比例，提高f剥尾举，豳蕊其自J较蛊}的经济效浆。本谦藤研究韵意义：④结摘方疆，双螺旋结构键使j毙方案采辩l圆形平面篱侮结构。此种结构体系受力性能相对最好，既避免了矩形框筒结构体系中必然存在的剪力滞后问题，又不存在受力最不利的角柱。悬挑结构客观上增加了组成外概篱的捱浆牲所承担的竖肉蒋载值，使外框柱在风力袋地震力作用下界易出现鑫努受拉翦祷形，对整侮薅秘有剥。③建筑方磊，蓝穷絮没计稳愚独特、造墅耨鬏，可作为城市标志性建筑物，丰富城市轮廓线，即是城

3、市的景观点，又可作为城市中的观罱点。悬挑部分作为一个基本办公单元。面积适中．具有良好的天然采光，视野广阔，每个单元有近80m2的空中筏园，在毫屡建筑中实属难褥。从房地产妇角度番，魄其有缓大麴墩}l力窝竞争力。二、研究的内容和方法本课题中研究的懋挑结构的基本受力单元为一榀空腹桁架组合结构。空腹桁架国外称维氏桁架(Vierendeeltrus8oropen—wedtruss)，受力性质是以弯艇巍薹菠羽繁，羹。兼鸯稚繁麴受力特点。本深邀的研究目树坪u内容是利州it算机对毅螺旋怂挑空成桁粱组合结裢f潍行精确分析，找出力学模型中不合理的部位进行有针对性的改进井对特殊部位的构造要浓瓤相应的

4、施工方法提出自己的初步办法，以便同行论证和改进；对双螺旋骛孛麓趣褰垂建筑缭稳整律进孬分辑诗算，对毒中舞缭泉(羹垂震俸霜下各擒传麴内力和位移)进行总结jlj纳，以达到可以进行工程实蕲设计的程度要求，风荷栽下的受力计算本论文暂不研究。为此，拟解决以F关键问题：(1)合理选择蔫屡建筑缝秘搭系静类型和各矮秘传静耪步足《‘，必须漩足《1>武汉理工大学硕士论文相应建筑结构规范和施工条件的要求。(2)利用有限元软件ANsYs对所选结构单元进行计算分析；利用其它多高层空间结构分析软件如ss、ssw和TBsA对整体结构进行计算分析。(3)通过计算结果与实际要求的对比，评定此种新型建筑结构体系的可

5、行性；特殊的建筑外形在地震力作用下是否使整体结构产生扭转。(4)通过改变翼缘部分悬挑长度与简体直径的比例产生的计算结果对比分析以确定合理的尺寸；通过内力分析选用合理的桁架节间尺寸；应用不同的力学模型以模拟本工程所涉及的四种悬挑桁架组合结构；分析层高的改变对各种计算结果的影响。(5)提出独特的构造要求和施工方法，必要时进行施工计算。在进行以上工作时，采用以下研究方法：(1)建立力学模型一榀悬挑空腹桁架组合结构的力学模型见第三章图3—8：标准层结构平面图见第三章图3—9；(每个标准层的悬挑翼缘部分韵方位均以其下一层的位置逆时针旋转15“而定)(2)有限元分析利用有限元软件ANsYs

6、建立分析模型，分析模型用于计算结构或构件各种类型的应力和应变。假定：a．混凝土和钢为均质弹性材料：b．本课题只进行弹性分析。(3)讨论及可行性研究由于此种组合结构体系未经过实践，论文中所涉及的特殊构造措拖和施工方法均为依据常规的设想方案，今后必然要经过专家讨论及可行性论证之后方可实行。(4)组台分析将本文的ANsYs汁算结粜与工程设计软件7rBsA对此建筑结构的整体汁算结果作组合分析，会得出极具参考价值的最终结论。三、研究成果和创新点(1)一种极富实际应用前景的新型结构方案一一具有双螺旋悬挑组合桁架的高层建筑结构体系的理论研究报告和论文；(2)空腹桁架用于高层建筑的大跨度悬挑结

7、构；钢制拉索与数榀桁架竖向组成一种组合结构；建筑的防火疏散有明显优势和特点；特殊的结构方案形成了独特的建筑造型，真正体现了建筑的结构美。四、结论和建议1．本文作者提出的悬挑桁架组合结构单元经过计算机有限元分析程序的计武汉理工大学硕士论文算，结果表明结构单元的整体刚度和构件应力均能满足要求或在控制范围之内，这说明所选单元模型是基本正确和可行的。2．由于各方面条件的限制，本论文未能对所设计的大楼整体进行有限元分析。但是利用中国建筑科学研究院开发的TBsA程序对大楼进行了整体计算．其结果还是能满足