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型钢混凝土框支框架-混凝土核心筒结构抗震性能分析的开题报告一、选题背景及意义：地震是世界性的灾难之一，对于建筑物来说，地震是最常见的灾害之一。
当地震来袭时，建筑物必须有足够的抗震能力，以保持完整，减少人员伤亡和财产损失。
目前，钢筋混凝土结构已成为建筑物中最常见的结构形式之一，由于其优异的抗震性能，在地震区建筑物中得到了广泛应用。
钢骨混凝土框架结构是建筑中常用的一种结构形式，它由钢骨和混凝土组成，钢骨部分承受纵向荷载，混凝土部分承受剪力和压力。
近年来，由于受限于钢骨的弹性模量和屈服强度等因素的限制，传统的钢骨混凝土框架结构的抗震性能受到了一定的挑战。
因此，为了进一步提高钢骨混凝土框架结构的抗震能力，建筑设计师们开始采用钢骨混凝土框架结构-混凝土核心筒结构。
这种结构是通过在混凝土核心筒中掏空一部分，然后将型钢和混凝土框架板固定在其中，以增强轴向和剪切力的承载能力，提高整个结构的抗震性能。
因此，本文旨在分析型钢混凝土框架-混凝土核心筒结构的抗震性能，揭示其结构性能和以往的结构形式之间的差异，为今后的抗震设计提供一定的借鉴。
二、研究目标：1、深入了解型钢混凝土框架-混凝土核心筒结构的工作原理和力学机制；2、探究型钢混凝土框架-混凝土核心筒结构的抗震性能，总结其特点和优势；3、基于有限元方法，进行数值模拟、分析和建模，评估型钢混凝土框架-混凝土核心筒结构的抗震性能；4、提出相应的建议和措施，以进一步提高型钢混凝土框架-混凝土核心筒结构的抗震性能。
三、研究内容：本文将从以下几个方面展开研究：1、型钢混凝土框架-混凝土核心筒结构的基本概念和构造方式；2、型钢混凝土框架-混凝土核心筒结构的抗震性能与传统结构的差异及优势；3、有限元分析在型钢混凝土框架-混凝土核心筒结构中的应用；4、根据模拟和分析结果，提出增强型钢混凝土框架-混凝土核心筒结构抗震性能的建议和措施。
四、预期创新点：1、通过模拟分析型钢混凝土框架-混凝土核心筒结构的抗震性能，了解其内部受力机制，为地震设计提供更准确的理论依据；2、提出切实可行的解决方案和建议，帮助工程师们更好地设计型钢混凝土框架-混凝土核心筒结构，提高其抗震性能。
弹塑性时程分析方法将结构作为弹塑性振动体系加以分析，直接按照地震波数据输入地面运动，通过积分运算，求得在地面加速度随时间变化期间内，结构的内力和变形随时间变化的全过程，也称为弹塑性直接动力法。
基本原理多自由度体系在地面运动作用下的振动方程为：式中、、分别为体系的水平位移、速度、加速度向量；为地面运动水平加速度，、、分别为体系的刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵。
将强震记录下来的某水平分量加速度－时间曲线划分为很小的时段，然后依次对各个时段通过振动方程进行直接积分，从而求出体系在各时刻的位移、速度和加速度，进而计算结构的内力。
式中结构整体的刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵通过每个构件所赋予的单元和材料类型组装形成。
动力弹塑性分析中对于材料需要考虑包括：在往复循环加载下，混凝土及钢材的滞回性能、混凝土从出现开裂直至完全压碎退出工作全过程中的刚度退化、混凝土拉压循环中强度恢复等大量非线性问题。
基本步骤弹塑性动力分析包括以下几个步骤：(1) 建立结构的几何模型并划分网格；(2) 定义材料的本构关系，通过对各个构件指定相应的单元类型和材料类型确定结构的质量、刚度和阻尼矩阵；(3) 输入适合本场地的地震波并定义模型的边界条件，开始计算；(4) 计算完成后，对结果数据进行处理，对结构整体的可靠度做出评估。
计算模型在常用的商业有限元软件中，ABAQUS、ADINA、ANSYS、MSC.MARC都内置了混凝土的本构模型，并提供了丰富的单元类型及相应的前后处理功能。
在这些程序中一般都有专用的钢筋模型，可以建立组合式或整体式钢筋。
以ABAQUS为例，它提供了混凝土弹塑性断裂和混凝土损伤模型以及钢筋单元。
其中弹塑性断裂和损伤的混凝土模型非常适合于钢筋混凝土结构的动力弹塑性分析。
它的主要优点有：(1) 应用范围广泛，可以使用在梁单元、壳单元和实体单元等各种单元类型中，并与钢筋单元共同工作；(2) 可以准确模拟混凝土结构在单调加载、循环加载和动力荷载下的响应，并且可以考虑应变速率的影响；(3) 引入了损伤指标的概念，可以对混凝土的弹性刚度矩阵进行折减，可以模拟混凝土的刚度随着损伤增加而降低的特点；(4) 将非关联硬化引入到了混凝土弹塑性本构模型中，可以更好的模拟混凝土的受压弹塑性行为，可以人为指定混凝土的拉伸强化曲线，从而更好的模拟开裂截面之间混凝土和钢筋共同作用的情况；(5) 可以人为的控制裂缝闭合前后的行为，更好的模拟反复荷载作用下混凝土的反应。
带转换层型钢混凝土框架—核心筒混合结构试验与设计研究一、本文概述本文旨在对带转换层型钢混凝土框架—核心筒混合结构试验与设计研究进行深入探讨。
随着建筑行业的快速发展，高层建筑和超高层建筑不断涌现，对于结构形式的要求也日益提高。
带转换层型钢混凝土框架—核心筒混合结构作为一种新型的结构形式，具有优良的抗震性能、较高的承载能力和良好的经济效益，因此在高层建筑和超高层建筑中得到了广泛应用。
本文将对该结构的试验与设计研究进行系统梳理，以期为该结构的进一步优化和应用提供理论支持和实践指导。
本文将介绍带转换层型钢混凝土框架—核心筒混合结构的基本原理和特点，阐述该结构在高层建筑和超高层建筑中的优势和应用前景。
通过对国内外相关文献的综述，分析该结构在国内外的研究现状和发展趋势，为本文的研究提供理论基础。
接着，本文将详细介绍带转换层型钢混凝土框架—核心筒混合结构的试验研究，包括试验目的、试件设计、试验过程、结果分析等方面，以期深入了解该结构的受力性能、破坏形态和抗震性能等。
本文还将对该结构的设计方法进行研究，包括结构选型、荷载分析、内力分析、截面设计等方面，提出适用于该结构的设计方法和建议。
本文将总结带转换层型钢混凝土框架—核心筒混合结构试验与设计研究的主要成果和结论，为该结构的进一步推广和应用提供参考。
指出研究中存在的不足和需要进一步研究的问题，为后续研究提供方向。
通过本文的研究，期望能够为带转换层型钢混凝土框架—核心筒混合结构的设计和应用提供更加全面、系统和深入的理论支持和实践指导。
二、带转换层型钢混凝土框架—核心筒混合结构的基本原理带转换层型钢混凝土框架—核心筒混合结构是一种先进的建筑结构形式，其基本原理在于通过结合型钢混凝土框架和核心筒两种结构体系，实现建筑在承受竖向和水平向荷载作用下的高效协同工作。
该结构形式在高层建筑中得到了广泛应用，特别是在那些需要在大跨度空间与标准层之间设置转换层的建筑中，其独特的优势更为明显。
目录1 工程概况 (64)1.1工程介绍 (64)1.2进行罕遇地震弹塑性时程分析的目的 (65)2分析方法及采用的计算软件 (65)2.1分析方法 (65)2.2分析软件 (65)2.3材料模型 (65)2.3.1 混凝土材料模型 (65)2.3.2 钢材本构模型 (66)2.4构件模型 (66)2.4.1 梁单元 (66)2.4.2 楼板模型 (67)2.5分析步骤 (67)2.6结构阻尼选取 (67)3 结构抗震性能评价指标 (68)3.1结构的总体变形 (68)3.2构件性能评估指标 (68)4 动力特性计算 (70)5 施工加载过程计算 (70)5.1施工阶段设置 (70)5.2施工阶段计算结果 (70)6 罕遇地震分析总体信息结果汇总 (71)6.1地震波选取 (71)6.2基底剪力 (73)6.3层间位移角 (75)6.3.1 左塔楼 (75)6.3.2 右塔楼 (80)6.4结构顶点水平位移 (85)6.5柱底反力 (88)6.8结构弹塑性整体计算指标评价 (89)7构件性能分析 (90)7.1钢管混凝土柱 (90)7.2斜撑 (90)7.3连梁 (92)7.3主要剪力墙 (92)7.4钢梁的塑性应变 (100)7.5楼板应力及损伤 (100)8 罕遇地震作用下结构性能评价 (103)1 工程概况1.1 工程介绍上海临港中心——结构总高度为180m；主体结构采用框架-核心筒体系，外框架为圆钢管混凝土柱、钢框架梁。
钢管混凝土柱截面为Φ1200x1140～Φ900x860。
核心筒采用钢筋混凝土剪力墙体系，外墙厚750mm～400mm，内墙厚500mm～300mm，部分墙体内配置10mm厚钢板。
在32层以下，结构由左右两个塔楼构成，中间通过钢梁及6-7层、17-20层两道“人”字形斜撑连接，斜撑截面为BOX 560x1060x80x80。
上部主体结构分析时，以地下室顶板为嵌固端。
主要构件信息：（1）框架柱均采用圆钢管混凝土柱，混凝土强度等级为C60。
型钢框架混凝土核心筒和钢框架支撑核心筒结构弹塑性时程分析第十届中日建筑结构技术交流会南京型钢框架一混凝土核心简和钢框架一支撑核心简 结构弹塑性时程分析王斌张翠强吕西林同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学结构工程与防灾研究所AbstraCtCurrently noIllinear time llistory amlySis of seismic analysis of mgh-rise buildingshas b een widely use 也but itS amlysis methodS still rleed deVel 叩ment and improVement ． Sino-Japanese S 饥JcturalEngine 甜ng Con6毒rence decided to iIlitiate a nonlinear time histo 呵analysis conlpmtive study in 20 l 2，andt11en organized eight corplofatio 璐at home and abroad for the same case study ．In this paper ，the two cases ，steel reinf ．orced coIlcrete 丘arr 圮-concrete tIl_be smlcture and steel 台arIle-braced n|be s 仃uctllre ，were analyzed based onso 胁are NosaCAD20 l 0 and Midas Building respectiVely ．The nonliTlear time 11istoD ，analysis with7孕oundmotio 璐、Ⅳas 训edout under me rarely ear 廿1quake with inteIlsit)，8．The def ．0丌】[】ation and damagedeVel 叩mentof the s 虮lctllre we 陀stlldied ． Key 帅rds Hybrid stru 【c 咖； noIllinear ti 眦llisto 巧amlysis ；s eisIIlic perf ．0nmnce1引言2012年中日建筑结构技术交流会中日双方研究决定进行中日高层建筑结构弹塑性时程的算例对 比分析活动，组织了国内外8家单位对相同案例进行分析比较【l 】。
本文针对此次分析活动中2个案例： 钢框架．混凝土核心筒和钢框架．支撑核心筒结构，分别采用NosaCAD2010和Midas Building有限元分 析程序建立整体结构模型。
其中压弯构件采用纤维模型，梁采用塑性铰模型，支撑采用塑性铰模型， 墙体采用非线性平板壳单元，以反映构件非线性复杂受力情况。
通过8度罕遇烈度下7条地震输入的 弹塑性时程分析，研究了该案例结构的变形和破坏情况，探讨了弹塑性时程分析在实际工程中的应用 要点。
第一部分：型钢框架一混凝土核心筒结构2．1工程概况钢框架．混凝土核心筒结构共32层，结构总高度129m ，平面基本尺寸为48m×48m，首层5．0m ， 其它层高均为4．Om 。
楼板无大开洞，形成刚性横隔板，把核心筒与外框架联系在一起。
核心筒采用普 通钢筋混凝土剪力墙，外框架由型钢混凝土柱和钢梁构成的组合结构框架，标准柱距为9．6、米，矩形 型钢混凝土柱直径从基底逐渐减少并延伸至屋顶，外框架梁采用焊接H 型钢梁与柱刚接，与核心筒墙 体铰接，其典型楼层布置和立面见图l 所示。
2．2计算分析程序和主要参数采用No 鼢CAD20lO 分析程序对该结构进行弹塑性时程分析，对该结构抗震性能和抗震机理进行研究。
2．2．1构件有限元模型梁柱杆单元采用三段变刚度杆单元模型，由位于中部的线弹性区段和位于杆两端的弹塑性段组成。
以受弯为主的钢梁和混凝土梁单元截面的弹塑性段弯矩一曲率骨架曲线分别采用二折线和三折线模型。
由于柱受双向弯矩作用，并到受轴力变化影响，柱单元弹塑性段采用纤维模型，钢和钢筋纤想弹塑性的二折线模型，并考虑屈服强化。
窖蓦llg誊●8上A B一8蓦T。
‘0(a)二层结构平面图十亩(b)典型结构平面图(c)整体立面图图l型钢框架．混凝土核心筒结构典型平面布置和立面图核心筒墙体采用平板壳模型，平板壳单元中膜单元带有旋转自由度，可以方便地与连梁相连接。
平板壳单元面外按弹性计算，仅考虑面内非线性。
墙体单元中的钢筋采用弥散模式，在某一方向上按配筋率均匀分布，钢筋的本构模型仍采用理想弹塑性模型。
混凝土本构模型采用单轴等效应力．应变关系模型，单轴等效应力一应变关系滞回曲线与纤维模型中的混凝土本构模型相同，但考虑正交方向上应力状态对强度的影响。
混凝土开裂模型采用分布裂缝模式。
采用单轴等效混凝土材料模型的板壳单元，可反映墙体的开裂、压碎、配筋应力．应变状态等非线性情况。
整体结构计算模型由杆单元和壳单元组成，杆单元用于梁柱构件，壳单元用于建立筒体和楼板结构，楼板采用弹性楼板假定。
2．2．2结构构件材料与强度进行弹塑性分析时，混凝土材料取平均值，钢筋和型钢采用标准值，具体分析材料参数如表1所不。
表1结构构件材料及强度抗压强度，MPa抗拉强度／MPa 构件材料标准值平均值标准值平均值28一顶层墙柱、18~顶层梁板C3020．128．0 2．0l2．802l～27层墙柱、1～17层梁板C4026．8 36．12．39 3．22 12～20层墙柱C5032．4 42．9 2．64 3．50l～11层墙柱C6038．5 46．6 2．85 3．7l钢梁、型钢Q345345345钢筋HRB4004004002．2．3阻尼模型在结构动力分析中使用最多的是瑞利(Raylei曲)阻尼假定，本文中时程分析中也采用瑞利阻尼，大震分析时阻尼比取为0．05。
采用瑞利阻尼假定时，欲求得质量阻尼常数。
[和刚度阻尼常数口，必须先确定两个频率对应的阻尼比，而这两个频率的不同取法，将影响阻尼比曲线的形状，使得结构不同振型对应的阻尼比发生变化。
本文中取T】和0．25T1对应的阻尼比来确定阻尼常数a和卢。
2．2．4结构整体计算模型NosacAD整体结构计算模型如图2所示。
该模型中包含14592个节点，17060个单元，其中框架杆单元3904个，四边形平板壳单元12924个，三角形平板壳单元232个。
图2结构整体计算模型3动力特性分析进行弹塑性时程分析前，先进行结构模态分析，并与ETABS的分析结果进行了对比，以确定结构计算模型质量、弹性刚度的准确性。
表2给出了NoSaCAD和E1：ABS分析求得的结构前6阶自振周期及振型的描述。
表2结构动力特性周期／s振型振型描述总质量／T ETABS NosaCADl阶2．402．45 Y向一阶平动2阶2·382·38x向一阶平动ETAJ3s：3阶1．96 2．03 整体扭转8．06×1044阶0．690．72 整体扭转NosaCAD：7．95×104 5阶0．68 0．71Y向二阶平动6阶0．65 O．68X向二阶平动4动力时程分析选用7条天然地震加速度时程记录作为地震动输入，详细信息见表3所示。
将地震波峰值统一为709al后作出地震反应谱对比，如图3所示。
表3地震动输入信息地震波地震事件日期纪录站持时／S B-El C090Impe“al V酊ley6-JUn—l938El—Cen廿o Array30．00 Taft Kem CollIl缸y21-Jul—1952USGS1095Taft Lincoln54．15SchOolL604一一一60．90L725一一一48．84L787一一一86．02 Hachinohei-EW TcIkachi-0妇16一May．1968Hachinohei35．97 Hachinohei．NS T0kac】1i枷16一May．1968Hachinohei35．97一表示无详细信息舟攀憾瑙‘；图3地震动输入反应谱动力方程的阻尼采用瑞利阻尼，按混合结构考虑，采用NeMmrk法进行时程计算。
时程分析前先将初始荷载重力荷载分20步加载到结构上，然后再进行动力弹塑性分析，地震波以Y向单向输入。
4．1楼层位移选择核心筒体结构的左上角点，考察整体结构在罕遇地震中的最大位移和层间位移包络响应值。
对比7条地震波的计算结果可知，L604波作用所产生的楼层位移和层间位移角都最大。
图4和图5中分别表示了楼层位移和层间位移角包络图。
按照当前的结构设计和地震动输入，结构在8度罕遇地震下，L604和L725输入下的层间位移角超过了当前规范的限值1／100的要求。
位移／姗层间位移角图4结构楼层位移包络图5结构层间位移包络4．2结构损伤发展分别提取7条罕遇地震输入下结构的损伤发展过程，结构破坏主要集中在核心筒上，绝大部分连梁端部出现塑性铰，部分连梁端部达到极限值，混凝土压碎，其中L604、L725和H—EW波输入下结构损伤最为严重，部分框架梁柱出现塑性铰。
因结构对称，分别查看A、B墙体(见图1)在各地震输入下核心筒损伤分布，见图6所示。
表4中统计了不同地震输入下塑性铰所占的比例分布。
从表4可以看出，不同地震输入下，连梁作为结构的第一道抗震防线，其破坏比例最大，L604地震输入下，连梁的破坏比例占85．3％，同时钢梁和型钢柱也有较高比例的破坏。
而其他地震输入下，钢梁和型钢柱的破坏比例较小。
表4不同地震输入下塑性铰统计构件地震输入种类B．El C090Taft L604L725L787H．Ew H．Ns柱006402ll O340 (1280个)(0．0％)(0．0％)(50．O％) (16．5％)(0．0％)(2．6％)(0．0％) 钢梁0O140863001460 (2048个)(O．O％)(0．0％)(68．7％)(30．7％)(0．0％)(7．1％)(0．0％) !连粱76728120287074077l731 (1408个)(5．3％)(51．7％)(85．3％)(61．8％)(52．5％)(54．7％)(51．9％)、矿●●。
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