一种超高层建筑结构加强层最优数量及位置的设计方法技术

一种超高层建筑结构加强层最优数量及位置的设计方法：将设置加强层的楼层由低至高进行顺序编号，分别建立只含有一个加强层的n个有限元计算模型，由低至高依次将加强层分别设置在第i1层、第i2层

【技术实现步骤摘要】
一种超高层建筑结构加强层最优数量及位置的设计方法


[0001]本专利技术涉及超高层建筑结构领域，具体涉及一种超高层建筑结构加强层最优数量及位置的设计方法。

技术介绍

[0002]超高层建筑为抵抗水平荷载的作用，需要一定的侧向刚度，侧向刚度一般由剪力墙、框架柱、支撑以及由上述构件组成的核心筒等抗侧力构件提供。当建筑高度很高，特别是超过300m时，不可避免要遇到一个问题，由于其位移类似悬臂构件，结构在水平荷载作用下水平位移会很大，作为主要抗侧力构件的框架柱、剪力墙、支撑或筒体等承受的内力也会很大，会造成设计困难。一般通过设置加强层来加强其侧向刚度，减小水平位移，可以解决上述问题。加强层就是加强部分水平层的刚度，从而提高结构整体刚度的措施，加强层一般只在超高层建筑中应用。加强层具体指设置连接内筒与外围结构的水平外伸臂结构(梁或桁架)的楼层，必要时还可沿该楼层外围结构设置带状水平桁架或梁。
[0003]随着经济的发展，超高层在全世界普遍发展起来，加强层在超高层建筑结构中的应用也越来越普遍。加强层位置一般在顶层、中间楼层的设备层。加强层的合理设置可以改善结构的受力状况,有效地减少结构的侧向位移,增大结构的侧向刚度。传统设计中，加强层的数量和位置的确定一般依靠多次试算和设计经验，其弊端是设计效率不高且受设计者的经验所限，不易找到加强层的最优设置方案。本专利技术提出的一种超高层建筑结构加强层最优数量及位置的设计方法，通过试算能快速筛选出加强层的最优设置方案，不仅能高效得出加强层的最优数量和位置，而且与设计者经验关联不大，使结构设计既经济又合理可靠。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种快速得到超高层建筑结构加强层最优数量及位置的设计方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出一种超高层建筑结构加强层最优数量及位置的设计方法，所述超高层建筑为高度大于250m的混合结构或钢结构，其特征在于，包括以下步骤：
[0006]步骤一：对超高层建筑结构建立一个不含加强层的有限元模型，通过有限元计算分析得到各楼层层间位移角θ＝Δ/h，Δ为层间位移，h为层高。
[0007]对于混合结构，当最大层间位移角θ
max
满足下式要求：
[0008][0009]则进行步骤二。否则，应调整结构剪力墙、支撑、框架柱及框架梁等结构构件布置及截面尺寸，直至θ
max
满足式(1)，方可进行步骤二；
[0010]对于钢结构，当最大层间位移角θ
max
计算值满足下式要求：
[0011][0012]则进行步骤二。否则，应调整结构框架柱、支撑及框架梁等结构构件布置及截面尺寸，直至θ
max
满足式(2)，方可进行步骤二。
[0013]步骤二：将可能设置加强层的楼层由低至高进行顺序编号，假定有n个，n应满足1≤n≤10的条件，编号依次为1、2
…
n，其对应的楼层号分别为第i1层、第i2层
…
第i
n
层。根据编号，分别建立只含有一个加强层的n个有限元计算模型，由低至高依次将加强层分别设置在第i1层、第i2层
…
第i
n
层，每一个有限元计算模型只能含有一个加强层。
[0014]步骤三：通过有限元计算分析，得出上述n个模型的各自最大层间位移角θ
max
，然后由小至大将对应的计算模型排序为m1模型、m2模型
…
m
n
模型，此时各模型的加强层位置为第j1层、第j2层
…
第j
n
层。对于混合结构，当m1模型对应的最大层间位移角时；对于钢结构，当m1模型对应的最大层间位移角时，则可确定加强层数量为1个，加强层位置为j1层。当混合结构时、钢结构时，则进行步骤四。
[0015]步骤四：建立含有2个加强层的有限元模型，位置为j1层、j2层。通过有限元计算分析，对于混合结构，当最大层间位移角时，对于钢结构，当最大层间位移角时，则可确定加强层数量为2个，加强层位置为j1层、j2层。否则，按第j1层、第j2层
…
第j
n
层顺序逐个增加加强层数量建立有限元模型进行计算分析，直至增加到第k个，对于混合结构，最大层间位移角时；对于钢结构，最大层间位移角时，则可确定加强层数量为k个，位置为第j1层、第j2层
…
第j
k
层，k≤n＝10。
[0016]进一步地，加强层数量和位置确定后，有限元模型计算的楼层最小地震剪力系数应大于0.15α
max
，α
max
为水平地震影响系数最大值。
[0017]进一步地，加强层数量和位置确定后，有限元模型计算的结构自振周期不宜小于5s，且房屋高度200m～400m时，不宜大于8s；房屋高度400m～500m时，不宜大于9s；房屋高度500m以上时，不宜大于10s。
[0018]进一步地，超高层建筑结构自重在12～30kN/m2范围内。
[0019]进一步地，超高层建筑结构抗震设防烈度在6度～9度范围内。
[0020]本专利技术通过有限元计算分析，得出上述n个模型的各自最大层间位移角θ
max
，然后由小至大将对应的计算模型排序为m1模型、m2模型
…
m
n
模型，此时各模型的加强层位置为第j1层、第j2层
…
第j
n
层。再按第j1层、第j2层
…
第j
n
层顺序逐个增加加强层数量建立有限元模型进行计算分析，直至增加到第k个满足要求为止。并将此有限元计算模型作为结构整体有限元计算分析的基础，省去了传统计算分析方法的繁琐耗时，提高了结构整体计算分析和设计效率，且避免了经验局限性导致的浪费。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的模型编号及楼层编号示意图。
[0022]图2为本专利技术31层设置加强层的模型示意图。
[0023]图3为本专利技术44层设置加强层的模型示意图。
[0024]图4为本专利技术68层设置加强层的模型示意图。
[0025]图5为本专利技术31层和44层设置加强层的模型示意图。
具体实施方式
[0026]实施方式一，模型编号及楼层编号见图1。
[0027]本专利技术提出一种超高层建筑结构加强层最优数量及位置的设计方法，所述超高层建筑为高度大于250m的混合结构或钢结构。
[0028]本专利技术包括以下步骤：
[0029]步骤一：对超高层建筑结构建立一个不含加强层的有限元模型，通过有限元计算分析得到各楼层层间位移角θ＝Δ/h，Δ为层间位移，h为层高。
[0030]1、对超高层建筑结构建立一个不含加强层的有限元模型，通过有限元计算分析得到各楼层层间位移角θ＝Δ/h，Δ为层间位移，h为层高。
[0031]对于混合结构，当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高层建筑结构加强层最优数量及位置的设计方法，所述超高层建筑为高度大于250m的混合结构或钢结构，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对超高层建筑结构建立一个不含加强层的有限元模型，通过有限元计算分析得到各楼层层间位移角θ＝Δ/h,Δ为层间位移，h为层高。对于混合结构，当最大层间位移角θ
max
满足下式要求：则进行步骤二；否则，应调整结构剪力墙、支撑、框架柱及框架梁布置及截面尺寸，直至θ
max
满足式(1)，方可进行步骤二；对于钢结构，当最大层间位移角θ
max
计算值满足下式要求：则进行步骤二；否则，应调整结构框架柱、支撑及框架梁布置及截面尺寸，直至θ
max
满足式(2)，方可进行步骤二；步骤二：将设置加强层的楼层由低至高进行顺序编号，假定有n个，n应满足1≤n≤10的条件，编号依次为1、2
…
n，其对应的楼层号分别为第i1层、第i2层
…
第i
n
层；根据编号，分别建立只含有一个加强层的n个有限元计算模型，由低至高依次将加强层分别设置在第i1层、第i2层
…
第i
n
层，每一个有限元计算模型只能含有一个加强层；步骤三：通过有限元计算分析，得出上述n个模型的各自最大层间位移角θ
max
，然后由小至大将对应的计算模型排序为m1模型、m2模型
…
m
n
模型，此时各模型的加强层位置为第j1层、第j2层
…
第j
n
层；对于混合结构，当m1模型对应的最大层间位移角时...

【专利技术属性】
技术研发人员：李治，戴苗，涂建，黄清，王红军，
申请(专利权)人：中信建筑设计研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：