新型半悬挂结构体系及有限元分析

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1、http://www.paper.edu.cn新型半悬挂结构体系及有限元分析岳统锦武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉（430070）E-mail：tjyue81@126.com摘要：本文提出了一种新的结构体系——半悬挂结构体系，介绍了其构造做法。将实际工程中一外钢框架—内混凝土芯筒结构修改为半悬挂结构，运用ABAQUS有限元软件对两种结构进行有限元对比分析，得出一些结论，具有一定的理论意义，为以后的工程设计等提供了一些参考。关键词：悬挂结构，悬挂桁架，有限元分析中图分类号：TU31.引言目前高层建筑结构以钢筋混凝土结构为主，但近年来，钢结构

2、也有了较多的应用。其主要结构体系有：框架结构体系、剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、筒体结构体系、桁架筒结构体系、巨型结构（包括巨型框架和巨型桁架等）、悬挂结构体系等。悬挂结构体系作为多高层建筑结构体系的一种补充，于60年代末70年代初兴起。迄今为止，世界上已有70栋这种结构的高层建筑。如德国慕尼黑BMW办公大楼、南非约翰内斯堡标准银行大厦,澳大利亚悉尼城的南英保险公司大楼、香港汇丰银行大厦，沈阳国税局办公楼等。关于对悬挂结构的研究也较多，主要有悬挂楼层和中间核心筒之间减振方法和技术研究；考虑悬挂楼层和核心筒相互作用的结构动力反映的建模和

3、分析方法研究；悬[1][4]挂结构体系的振动试验等-。本文在传统悬挂结构的基础上提出一种新的结构体系——半悬挂结构体系，介绍其构造做法，比将其与外钢框架内混凝土芯筒结构作对比分析，得出一些结论。2.新型半悬挂结构体系2.1构造做法本文研究的是一种新的悬挂结构体系——半悬挂结构体系，如图1所示，即把楼层的外端通过高强钢索（或吊杆）悬挂在顶层（或中间几层）的悬臂钢桁架上，内端则通过钢梁铰接在核心筒壁中。铰接点设计成万向型，即既可前后（Y向）亦可左右（X向）自由移动。这样，当结构受地震作用时，悬挂楼层整体摆动，具有明显的减振作用。铰接点处可设置耗能

4、装置，以达到吸收地震能量的目的。施工中梁与混凝土墙的连接，构造上可用高强度螺栓把梁的腹板通过连接板与芯筒上的预埋件相连。根据构造要求，在连接部位的混凝土墙中均设置H型钢骨柱，一般可以达到较高的精度，然后在混凝土墙上预埋钢板，钢板与钢骨柱连接。将连接板宽度留有适当余量，现场焊-1-http://www.paper.edu.cn图1新型半悬挂结构示意图于墙的预埋板上，根据墙的水平偏差调整连接板的宽度，这样可减少施工中可能出现的偏差，较好地解决了墙与梁的铰接连接。悬挂桁架与墙的刚接连接采用设置在墙内的H型钢柱的翼缘与悬挂桁架上下弦的H型钢焊接。在半

5、悬挂结构体系中，根据需要，还可将吊杆或拉索拉至地面与地面连接，这样可增强结构的整体性和抗倾覆能力。半悬挂结构的构造与传统的核筒悬挂结构构造主要区别在于悬挂部分与核筒之间的连接。核筒悬挂结构悬挂部分与核心筒之间的连接方法主要有：(1)在悬挂楼层的内外两端均悬挂在吊杆上，即悬挂楼层的楼面梁两端均与吊杆连接；(2)在悬挂部分的外端设吊杆，内端楼面梁置于核筒外壁伸出的小牛腿上。2.2半悬挂结构体系的优点把钢结构用于住宅建筑，具有得天独厚的技术优势，也是我国当前的产业政策。尽管目前在我国试建了一批多层及高层钢结构住宅，但结构体系还有待于进一步研究和实践

6、。作为结构体系的一种补充，本文提出的新悬挂结构体系——半悬挂结构体系，与传统的悬挂体系相比较，具有以下一些优点：（1）因为楼面梁一端与吊杆铰接，另一端与混凝土芯筒铰接，故楼层上的荷载一半先传到芯筒，一半先传到悬挂桁架，再由桁架传至芯筒，所以半悬挂结构体系中的悬挂桁架受到的竖向力减少一半，相对地可以悬挂更多楼层。（2）楼层更为稳定。楼面梁铰接在芯筒上，使楼层与芯筒连为一体，整体性增强，楼层摆动时的幅度减小。此外，可将吊杆或拉索拉至地面与地面连接，这也相应地增强了结构的整体性，因此楼层更为稳定。（3）施工工艺更为简单。与其它结构相比，半悬挂结构体

7、系具有传统悬挂结构的优点。悬挂结构体系的一些优点主要有：(1)占地面积小，建筑布局灵活，易于创造大空间，能满足建筑师的创新要求；(2)吊杆截面小，能充分发挥高强材料的承载能力；(3)核心筒建好后，可分段施工，施工速度快；(4)便于实现按结构控制理论设计结构，达到减震效果；(5)由于采用悬挂的方式，可以建造跨街的高层建筑；(6)也可以在旧房上加建高层建筑，而不必拆毁旧房，在当今土地资源紧张的情况下，是一种经济、方便、合理的高层建筑和旧房改造方案。此外，悬挂结构还[5]便于实现按控制结构原理设计结构。-2-http://www.paper.edu

8、.cn因此，半悬挂结构体系是一种有发展前途的高层建筑结构体系。3.有限元模拟基本假定及简化（1）钢筋混凝土墙体、钢梁、钢柱、吊杆、悬挂桁架等构件均视为各向同性材料。