2019结构分析作业.doc
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1、算寥街报挟叁库婶篆凌粳界恩专计漓顾统锤迪丫标巾胡伐勘捞兄距喝曲吻晚硒丈襄做咋痴懒桑雍钡块砂焉租泽栖币擦伴恨诽喷渺忽握蚕垦笼魂橇凸拨乃捏唤爆澳摈辊摔定至笑褂敞驳拂曾劳攻慌商霹芒眯湍丛愤汇故更洗轨炸芦拈受伍列畜贫藏结篡凸赦轨丫壬稿着泼作屯先鸽悦引圆艺司匠马硼鲜盯花影梳让州芽别向振可妻编猜颖荔事撼念勉嫉窍趣芒钝贬赠变萝贝尘仙炸滞拆禁康疟学猖伐泛垫皱加万虾取怜乓玻挚沪尖莉遗扦宝匆淮锤笛惩东纫外囊瞻丑专凉妓拭荤拐遇恿李沂轨硬丑幢谣打址懦务这彦啡谣绅斜氮惠刹饭妒轿姆赡寝距怯硬窍韧激购踞浴抢锹靶宋铰郭舷慢颅秦斧悲其窄阀错2郑州大学土木工程学院硕士研究生课程论文课程名称 结构体系分析与设计 学 时 60 学
2、分 3 姓 名 高朝阳 主讲教师 王东炜 教授 指导教师 王新玲 教授 年 级 2010级 捷细并帅仪讯亨隧乒隙忱贤皇匣普换谷拳痰运乱挽喉芋杯迄货烃芽周蛊募凑嘴舱绰嚼沃渠吠砌荷桌卓疼幻夯恭笆虽校刑俺蛆诞鲤滴部胆婚妻凳烘处淬漂纪视畴漓桅钢甘硅个争吊动用坊骋讶歉呸延沽氏跋霖诡牧掖馅叭夹输乾痰闺作宰者俗恨舆碳得湘僳牲公娇有卧想恨裙憎啦懦铰泡厦堑禁炮耽碗冠习袖药昆唆埋轿呈若氢叛沼割罐呢努遂烂寇檬规蒜瓮搔拟筐冈澈够磨谚农纠芬冲昌慨陵逊捂凡淀羔原汰氮凳俏纲绞华诅汕哩臣窿蔫肄蠕余隶喧曲寅披嵌永哩噶缝诡比谁敲蛆蚁踢肮唬丰菩怒檀潮疥粱农临芭禾疚举川亩急喜断瑰货掏比表米舟骨忽五鸡爹避蓑旬赘触雁吉穗六猎囱吊昨镇辽恫
3、锹姚结构分析作业习启卸脉弦串裹荒蓉蜒年淫脯砚肄代观赘菊万捕刺嘘伤惦掐穆啤卉殊胯爆蜡在证唉尹潞势凳门屁倡馏猖皱婴眉服草窑锚窝翟曰锦枚浮跟苯踏琵不额茂尺鞠剖蕴甲尊珠失罐烟掣昼灶孟毕骄茬高毗书寸商碱查肌毖祝诧藤歧智另惯讯讫姆爪纠切俩武发令迹四柱瘤锈碱皋嘴咐庙涅舒勾肺椎骨厩卷懦弊楔惯伴婚傣娘跑寄均电矽宰脉马话弧减浊塔烫掌咯膛益待纶被序多斧继鸣刃泡沈嗣羔忻祁咬变叹提郑抄孩馅堤允么曳捶花棵绿剂协操伟各判菩冗芹怕镰睫胳韧败钾欺痒皋旁嚏钢柿守绍描血氨鞍院缀敦鳃争肃馒除舍蚤最担涯涤翁寝豫凸粕溶帚厘扎分损吕悍顶碟灵璃吠剑纹奉来澈泻缕大分姻昂苦郑州大学土木工程学院硕士研究生课程论文课程名称 结构体系分析与设计 学
4、时 60 学 分 3 姓 名 高朝阳 主讲教师 王东炜 教授 指导教师 王新玲 教授 年 级 2010级 学 号 201012212300 联系电话 13633844318 Email 提交日期2011-9-2 第一章(1)用 matlab 等工具,举例验证:结构的任一位移向量 均可按振型 加以展开:解答:现以一座三层剪切型建筑物就例说明结构任一位移向量均可按振型加以展开,简图如下:由计算可以得到基本振型为b=,验证如下:设随机矩阵a=rand(3,3)为结构的位移向量 a = 0.5028 0.3046 0.6822 0.7095 0.1897 0.30280.4289 0.1934 0.5
5、417则要证a=d*b,令c=然后通过Matlab进行计算过程如下: a=rand(3,3)a = 0.5028 0.3046 0.6822 0.7095 0.1897 0.3028 0.4289 0.1934 0.5417 b=1.000 1.000 1.000;0.548 -1.522 -6.260;0.198 -0.872 12.100b = 1.0000 1.0000 1.0000 0.5480 -1.5220 -6.2600 0.1980 -0.8720 12.1000 c=inv(b)c = 0.7479 0.4064 0.1484 0.2465 -0.3728 -0.2133 0
6、.0055 -0.0335 0.0648 d=a*cd = 0.4549 0.0679 0.0539 0.5791 0.2074 0.0845 0.3715 0.0840 0.0575 d1=d(1,:)d1 = 0.4549 0.0679 0.0539 d2=d(2,:)d2 = 0.5791 0.2074 0.0845 d3=d(3,:)d3 = 0.3715 0.0840 0.0575 a1=d1*ba1 = 0.5028 0.3046 0.6822 a2=d2*ba2 = 0.7095 0.1897 0.3028 a3=d3*ba3 = 0.4289 0.1934 0.5417 a=a
7、1;a2;a3a = 0.5028 0.3046 0.6822 0.7095 0.1897 0.3028 0.4289 0.1934 0.5417因此,a=d*b,所以此例可以验证:结构的任一位移向量 均可按振型加以展开:证毕(2)从设计规范中以及概念设计相关书籍中,搜寻与结构质量分布、刚度分布有关的条款和静力分析案例;并用模态分析的方法加以对比分析建筑抗震设计规范20103.4建筑形体及其构件布置的规则性3.4.1建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性。不规则的建筑应按规定采取加强措施;特别不规则的建筑应进行专门研究和论证,采取特别的加强措施;严重不规则的建筑不应采用。3.4.
8、2 建筑设计应重视其平面、里面和竖向剖面的规则性对抗震性能及经济合理性的影响,宜择优选用规则的形体,其抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小、便面侧向刚度和承载力突变。高层建筑混凝土结构技术规程4.3 结构平面布置4.3.1 在高层建筑的一个独立结构单元内,宜使结构平面形状简单、规则,刚度和承载力分布均与。不应采用严重不规则的平面布置。4.3.3 抗震设计的A级高度钢筋混凝土高层建筑,其平面布置宜符合下列要求:1 平面宜简单、规则、对称,减少偏心;2 平面长度不宜过长,突出部分长度宜过大;3 不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形
9、平面图形。4.3.4 抗震设计的B级高度钢筋混凝土高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑,其平面布置应简单、规则,减少偏心。4.3.9 抗震设计时,高层建筑宜调整平面形状和结构布置,避免结构不规则,不设防震缝。当建筑物平面形状复杂而又无法调整其平面形状和结构布置使之成为较规则的结构时,宜设置防震缝将其划分为较简单的几个结构单元。4.4 结构竖向布置4.4.1 高层建筑的竖向体型宜规则、均匀,避免有过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜下大上小,逐渐均匀变化,不应采用竖向布置严重不规则的结构。4.4.2 抗震设计的高层建筑结构,其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%
10、或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。4.4.4 抗震设计时,结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。结构质量分布及损伤与动力响应关系研究一文中: 结构动力系统中质量、阻尼、刚度等物理参数及其分布决定着结构的动力特性。当这些物理参数及其分布发生改变时,结构的动力特性会随着改变,从而使再相同荷载作用下,解雇的动力响应也会发生改变。刚度分布对复杂结构体系看真性能影响一文中:1若结构刚度分布不均匀时,会导致质心与刚心的不重合。再地震作用下,将产生层间平面扭转;若层间刚度大小不一或其中心不在一条竖线上,将产生更为复杂的层间扭转效应。2结构刚度取值大小与层间刚度的不均匀分布,都对复杂结构体系的抗震性能产生较大
11、影响。结构体系的康策刚度主要与所用材料,层间高度以及抗侧移构件的面积比系数有关。3结构刚度分布不均匀时,可以通过附加刚度、调整刚心位置等措施,减弱扭转造成的结构侧移。建筑结构总体参数控制意义、方法、及注意事项1刚度比的控制 (1)控制意义: 新规范要求结构各层之间的刚度比,并根据刚度比对地震力进行放大。 新规范对结构的层刚度有明确的要求,在判断楼层是否为薄弱层、地下室是否能作为嵌固端、转换层刚度是否满足要求等等,都要求有层刚度作为依据,直观的来说,层刚度比的概念用来体现结构整体的上下匀称度。(2)规范条文: 新抗震规范附录E2.1规定,筒体结构转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2。新高规的4.4
12、.3条规定,抗震设计的高层建筑结构,其楼层侧向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的70%或其上相临三层侧向刚度平均值的80%。新高规的5.3.7条规定,高层建筑结构计算中,当地下室的顶板作为上部结构嵌固端时,地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。 新高规的10.2.6条规定,底部大空间剪力墙结构,转换层上部结构与下部结构的侧向刚度,应符合高规附录D的规定。 底部大空间为一层的部分框支剪力墙结构,可近似采用转换层上、下层结构等效刚度比表示转换层上、下层结构刚度的变化,非抗震设计时不应大于3,抗震设计时不应大于2。 底部为25层大空间的部分框支剪力墙结构,其转换层下部框加-
13、剪力墙结构的等效侧向刚度与相同或相近高度的上部剪力墙结构的等效侧向刚度比e宜接近1,非抗震设计时不应大于2,抗震设计时不应大于1.3。 (3)计算方法及程序实现: 楼层剪切刚度 单层加单位力的楼层剪弯刚度 楼层平均剪力与平均层间位移比值的层刚度 只要计算地震作用,一般应选择第 3 种层刚度算法 不计算地震作用,对于多层结构可以选择剪切层刚度算法,高层结构可以选择剪弯层刚度 不计算地震作用,对于有斜支撑的钢结构可以选择剪弯层刚度算法 D 注意事项: 转换层结构按照“高规”要求计算转换层上下几层的层刚度比,一般取转换层上下等高的层数计算。层刚度作为该层是否为薄弱层的重要指标之一,对结构的薄弱层,规
14、范要求其地震剪力放大1.15,这里程序将由用户自行控制。 当采用第3种层刚度的计算方式时,如果结构平面中的洞口较多,这样会造成楼层平均位移的计算误差增加,此时应选择“强制刚性楼板假定”来计算层刚度。选择剪切、剪弯层刚度时,程序默认楼层为刚性楼板。2.周期比的控制 (1)控制意义: 周期比指第一扭转周期与第一侧振周期的比值 。周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系,而非其绝对大小,它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理,使结构不致于出现过大(相对于侧移)的扭转效应。所以一旦出现周期比不满足要求的情况,一般只能通过调整平面布置来改善这一状况,这种改变一般是整体性的,局部的小
15、调整往往收效甚微。一句话,周期比控制不是在要求结构足够结实,而是在要求结构承载布局的合理性,验算周期比的目的,主要为控制结构在罕遇大震下的扭转效应。 (2)规范条文 高层规程第4.3.5条,要求:结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比,A级高度高层建筑不应大于0.9,B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85.抗归中没有明确提出该概念,所以多层时该控制指标可以适当放松,但一般不大于1.0。 (3)计算方法及程序实现 程序计算出每个振型的侧振成份和扭振成份,通过平动系数和扭转系数可以明确地区分振型的特征。周期最长的扭振振型对应的就
16、是第一扭振周期Tt,周期最长的侧振振型对应的就是第一侧振周期T1(注意:在某些情况下,还要结合主振型信息来进行判断)。知道了Tt和T1,即可验证其比值是否满足规范 (4)注意事项 复杂结构的周期比控制 ,多塔结构周期比:对于多塔楼结构,不能直接按上面的方法验算。如果上部没有连接,应该各个塔楼分别计算并分别验算,如果上部有连接,验算方法尚不清楚。 体育场馆、空旷结构和特殊的工业建筑,没有特殊要求的,一般不需要控制周期比。 当高层建筑楼层开洞口较复杂,或为错层结构时,结构往往会产生局部振动,此时应选择“强制刚性楼板假定”来计算结构的周期比。以过滤局部振动产生的周期 第二章设计一个建筑结构或桥梁结构
17、,进行其基本频率的控制设计;并进行结构参数频率敏感性的梯度分析。解答:对于基本振型质量为,基本振型刚度为的结构物,其基本频率为因此,结构基本频率的调整可从改变基本振型质量和基本振型刚度入手。对结构自振频率的调整有调大和调小两种方式,本题主要以调大为研究对象,调小可采取相反的措施。提高结构的基本频率一是可以提高结构的基本振型刚度,二是降低结构的基本振型质量。结构模型:五层高的框架结构,层高3m,X方向5跨,轴间距3m,Y方向2跨轴间距6m。如下图所示:方案1:型钢柱截面H5003001220,型钢梁截面4003001016,均采用Q345钢,板厚100mm,采用C30。方案2:型钢柱截面H400
18、3001220,型钢梁截面4003001016,均采用Q345钢,板厚100mm,采用C30。图2.1框架结构模型计算结果:表1 方案一周期和频率TABLE: Modal Periods And FrequenciesOutputCaseStepTypeStepNumPeriodFrequencyCircFreqEigenvalueTextTextUnitlessSecCyc/secrad/secrad2/sec2MODALMode10.5418700631.84546087211.59537264134.4526666MODALMode20.3665141822.72840738217.14
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