超高层巨型管柱桁架加工制作技术

巨型管柱桁架主要是伸臂桁架、腰桁架,在外框柱与核心筒之间设置伸臂桁架可减小结构侧移,通过提高水平荷载作用下的外框架柱的轴力,增加框架承担的倾覆力矩,同时减小了内核心筒的倾覆力矩。对于框架核心筒结构,设置伸臂桁架后侧移减小显著;而对于筒中筒结构而言,侧移减小的效果不明显。在结构周围设置腰桁架可使各框架柱承受的轴力均匀变化,因此也可以达到提高外框架抗倾覆力矩的能力以及减小侧移的目的。超高层建筑结构可以根据具体情况,同时设置伸臂桁架和腰桁架。     

地震作用下环带对带伸臂的框-筒结构力学性能的影响

对一60层的框架核心简结构通过改变水平伸臂、环带构件的设置情况而形成不同的结构方案,采用三维有限元分析软件ETABS进行地震作用下的动力分析,探讨地震作用下水平伸臂以及不同刚度环带对结构顶点侧移、核心筒剪力、外框柱轴力的影响。分析表明：环带的设置、环带本身的刚度对地震作用下高层框架一核心筒结构的顶点侧移影响不大;但环带能有效调整外框柱的轴力分布,更好的发挥外框柱的整体作用;环带的设置会加大水平加强层的剪力突变这一现象。     

超高层建筑结构环带桁架的研究与设计

框架-核心筒结构是超高层建筑中最常用的结构体系之一.当结构抗侧刚度不足时,在设备层设置水平伸臂桁架可以显著增大结构的抗侧刚度,减小结构位移,降低水平荷载作用下核心筒的倾覆力矩.但是传统的伸臂桁架设置会带来一系列问题,例如容易引起结构刚度、结构内力的突变,产生较大的附加内力,连接节点复杂,施工周期长等.而环带桁架加强层可...     

带伸臂桁架结构刚度限值研究

巨柱―伸臂桁架―核心筒结构体系中,伸臂桁架应采用"有限刚度"来弥补结构整体抗侧刚度的不足,尽量减少结构刚度的突变导致的内力激增。本文对伸臂桁架结构进行了罕遇地震作用水平下的弹塑性时程分析,结果表明,伸臂桁架与核心筒的线刚度之比应选择在1.0的范围内,大于该值,伸臂桁架刚度过大,对减小结构的层间位移角作用甚微,反而会造成整体结构刚度突变严重和伸臂桁架设置处的内力剧增;考虑到巨柱对伸臂桁架承载效率的提高作用,巨柱与核心筒的等效刚度比值不宜小于8.0。     

超高层建筑结构加强层耗能减震技术及连接节点设计研究

在框架-核心筒结构体系中,加强层可显著提高结构抗侧刚度、减小结构侧移,但会带来结构刚度、内力突变等不利影响。以某超高层建筑为工程背景,研究了黏滞阻尼器在伸臂桁架体系中的应用及在多遇地震和罕遇地震作用下的减震效果,研究了设置黏滞阻尼器的环带桁架在超高层建筑中的较优位置和减震效率。结果表明：黏滞阻尼器在伸臂桁架结构中的设置可以减小核心筒剪力墙的塑性损伤,减小结构的动力响应;设置黏滞阻尼器的环带桁架宜布置在层间相对速度大的位置,随超高层结构高度增加,阻尼器的减震效率降低。通过对伸臂桁架与外框柱、核心筒连接节点的设计及构造的分析,提出了连接节点的设计建议。     

昆钢科技大厦超高层建筑抗震设计

昆钢科技大厦结构高219.3m,采用矩形钢管混凝土柱的框架+型钢混凝土核心筒+伸臂桁架结构体系。结构利用设备层和避难层设置两道加强层(伸臂桁架+腰桁架)以提高结构的整体抗侧刚度。采用有限元软件对结构的关键部位和关键构件进行了精细分析,并进行了弹性和弹塑性动力时程分析,以落实抗震性能目标和多道抗震防线的实施。     

超高层结构考虑加强层构件失效后的结构性能

在超高层结构设计中,加强层的布置往往相对集中,容易引起刚度突变。根据已有的强震记录及工程试验,选定伸臂桁架上方框架柱为薄弱部位,假定在强震作用下,结构因刚度突变引起加强层局部构件失效,通过构件删除法分析了剩余结构的竖向承载能力和抗震能力,指出了局部构件失效进而导致加强层以上外圈结构在余震作用下可能倒塌的连锁反应过程。提出在加强层设计中,应同时重视加强层设置引起的加强层与其上、下层之间的刚度突变。建议在加强层上方设置数层环带桁架,既可以有效减弱刚度突变,也可托举强震下可能失效的框架柱的上方结构,避免结构连续倒塌。     

天津现代城酒店塔楼及裙房抗震设计研究

天津现代城酒店塔楼建筑高度209m,建筑要求高度56m、平面长度65m的裙房结构和塔楼结构连为一体,中间不设置防震缝。酒店塔楼采用带加强层的钢筋混凝土框架-核心筒结构体系,为超B级高度超限高层。结构低区外框柱为型钢混凝土柱,核心筒低区采用了钢板混凝土组合剪力墙和带钢斜撑混凝土剪力墙。核心筒高宽比为20,因此为提高刚度设置两道加强层。中部设置伸臂桁架和环带桁架,建筑对与伸臂桁架相连的框架柱截面控制极严,因此伸臂桁架腹杆选用屈曲约束支撑;裙房部位为提高刚度,在不能设置剪力墙且抗侧支撑竖向不连续的情况下设置了屈曲约束支撑。高区设置环带桁架作为加强层,结构底部存在斜撑转换和搭接柱转换。系统介绍了该工程的结构体系特点、抗震性能化设计原则和方法、整体计算结果、罕遇地震作用下的弹塑性时程分析结果以及地基基础的设计。     

高层混合结构加强层设置方案对比分析

结合一栋49层、高224.8m的超高层混合结构,对比分析了加强层设置方式对混合结构性能的影响。分析结果表明,对于风荷载起控制作用的超高层混合结构宜结合设备层设置多个加强层;加强层刚度越大,内力突变程度越严重;在设置伸臂桁架的同时设置腰桁架对提高框架核心筒结构刚度效果不明显,但能够提高楼层抗剪承载力。     

某超高层建筑加强层伸臂桁架选型分析

超高层结构往往利用建筑设备层或避难层设置伸臂结构,以协调核心筒与外框架的变形,提高结构的抗侧刚度。通过对K型与X型伸臂桁架的分析,研究了两种伸臂桁架的杆件布置形式对其效率的影响规律,并对比了两种伸臂桁架的效率优劣。     

超高层建筑设置水平加强层作用分析

以实际工程为例,对超高层建筑利用避难层设置水平加强层这一措施展开讨论.通过改变外筒环粱高度、水平加强层的位置以及水平加强层的竖向弯曲刚度,进行结构分析,总结在侧向力作用下其内力分布规律,进而对钢筋混凝土筒体结构设置水平加强层所能起的作用进行了探讨,在分析和比较的基础上对高层建筑设置水平加强层的条件提出了一些建议,为今后上程设计提供一些资料.     

Shaking table test and numerical simulation on a vertical hybrid structure under seismic excitation

A shaking table test of a 12‐story steel/reinforced concrete (S/RC) frame, which is composed of a 4‐story steel frame in the higher part, a 1‐story S/RC frame as a transition story in the middle part, and a 7‐story reinforced concrete (RC) frame in the lower part of the model, has been conducted, and its results are compared with those of a standard 12‐story RC frame to evaluate seismic performance of this S/RC frame. The numerical simulation on such hybrid frame structure has been performed and validated by the above experimental results. It is found that irregular lateral‐stiffness distribution along structural height will not only increase rotation at the joint of boundary between transition story and steel frame or concrete frame but also enlarge rotation at such joint and lead to more obvious rigid deformation in steel frame of S/RC frame, which will undoubtedly intensify bending failure. Meanwhile, acceleration response of the upper steel frame will reach its peak when characteristic site period is near the counterpart of the upper steel frame. Further, the maximum interstory drift under frequent earthquake excitation is at the lower substructure, namely, the RC frame, but this is not the case in rare earthquake situation. When it comes to determining damping ratio for vertical hybrid structure, a general method for engineering, which takes concrete and steel damping ratio for the whole structure analysis and then gets envelopes of these results for design, may yield conservative results. Meanwhile, such method may underestimate responses near the transition story.     

带耗能腋撑型钢混凝土转换结构减震性能分析

为了解决底部大空间结构上刚下柔,底部框支层变形大的问题,在不影响建筑使用空间的前提下,本文提出在柔性底层设置耗能腋撑以改善转换结构抗震性能。以带梁式转换层的型钢混凝土框架结构为研究对象,利用大型通用有限元程序ETABS对型钢混凝土转换结构及带耗能腋撑型钢混凝土转换结构进行地震反应对比分析,研究耗能器类型与场地土类型对耗能腋撑工作性能和转换结构受力性能的影响作用。研究表明,粘滞型耗能腋撑对本文算例的层间位移角与层间剪力的最大值减幅均可达到36%左右,结构顶层加速度与基底剪力的峰值最大减幅分别为29%和56%;而粘弹型耗能腋撑仅对转换层处有一定减震作用,控制效果不理想;软弱场地与坚硬场地上带耗能腋撑转换结构的减震位移比分别介于0.80～0.90和0.65～0.85之间,耗能腋撑对坚硬场地上转换结构的减震效果较佳。     

空间钢构架混凝土柱抗震性能的试验研究

空间钢构架是由横向和斜向缀条与纵向弦杆焊接而成的承重轻钢结构,将空间钢构架替代传统钢筋混凝土结构中的绑扎钢筋骨架,形成空间钢构架混凝土结构。为了研究空间钢构架混凝土柱的承载力与变形能力、延性等抗震性能指标及其变形和破坏机制,进行了3根空间钢构架混凝土柱和1根普通钢筋混凝土柱在低周反复水平荷载作用下的对比试验。试验表明:空间钢构架混凝土柱的初始刚度与传统钢筋混凝土柱的初始刚度基本相同,在试件屈服后,空间钢构架混凝土柱的刚度退化程度要比传统钢筋混凝土柱要缓慢,其延性要比条件相同的普通钢筋混凝土柱要大。当需要采用空间钢构架承受施工荷载、直接悬挂模板时,应按本文建议的施工和使用两个受力阶段进行设计计算。结合试验结果及其分析,提出了这种新结构的构造要求。     

Nonlinear time history analysis of a super‐tall building with setbacks in elevation

Standing 260 m above the ground, the super‐tall building employs steel reinforced concrete frame and reinforced concrete core wall system strengthened by a belt truss story to resist lateral and vertical loads. It has two setbacks in elevation. One is structurally designed by direct termination of vertical members, and the other is realized by inclining columns. Because of these characteristics, the building is classified as an irregular and complex structure. To investigate the seismic behavior of the structure under rare earthquake action, a refined finite element model was developed by using ABAQUS (Dassault Systèmes Simulia Corp., Providence, RI, USA). Nonlinear time history analyses were conducted using explicit integration method. The results show that the structural system has sufficient seismic capacity and ductility to resist rare earthquake. The plastic deformation capacity of this building can meet the requirement of Chinese code, and seismic performance objective of no collapse under rare earthquake can be reached. However, deformations were found concentrated in members within and adjacent to setback stories, at the bottom strengthening portion of core walls and its upper story where lateral stiffness suddenly changed. It was suggested that transfer stories should be placed above or below these stories to improve the concentration of strain and deformation. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

国家奥林匹克体育中心体育场改扩建工程结构设计

国家奥体匹克体育中心体育场为一改扩建项目,始建于1989年,原为1990年亚运会主体育场,现为了满足2008年北京第29届奥运会现代五项比赛的各项要求而进行改扩建,改建后体育场的建筑面积和建筑高度均发生了很大变化。原结构体系采用钢筋混凝土框架,加固结构体系研究中,结合各种改造加固手段的可行性及经济性,采用PMSAP,SAP2000,ANSYS三种软件对比分析了钢筋混凝土框架及框架-剪力墙、钢筋混凝土框架-钢支撑及框架-耗能钢支撑四种结构体系,最终确定了钢筋混凝土框架-耗能钢支撑的结构体系。通过利用耗能器的减震作用,有效降低了结构的加固难度和加固量,增强了结构的整体抗侧刚度,这是一种经济、有效的新型加固方法。屋面采用型钢-拉索钢罩篷,预应力索的使用有效控制了屋面竖向变形,使外挑型钢梁强度可以充分发挥,达到强度和刚度双控的优化设计。     

支撑布置方式对具水平加强层全钢高层结构抗震性能的影响分析

框架-支撑结构体系广泛应用于高层钢结构建筑。由于其自身刚度较小,水平荷载起控制作用,常需在高度方向设置水平加强层。本文运用有限元软件ETABS,建立三维计算模型,对具水平加强层的全钢高层结构在不同支撑布置方式下进行了动力特性分析。首先应用Ritz向量分析法对各模型进行模态分析,得到结构的基本动力特征参数。然后作了谱分析、时程分析。通过分析对比,对不同支撑布置方式下具水平加强层高层结构的内力、变形以及方案优选进行了探讨。     

基于单柱子结构模型的型钢混凝土异形柱框架抗震性能混合试验研究

为研究实腹式型钢混凝土异形柱框架结构的抗震性能,以一榀三层两跨异形柱中框架为原型进行整体结构抗震混合试验。基于试验装置构建的OpenSees-OpenFresco-MTS混合试验系统,分别选取底层十字形截面中柱和T形截面边柱作为试验单元,利用四联杆设备对其进行加载,其余部分作为计算单元基于OpenSees软件进行时程分析。通过观察不同试件的受力过程及破坏特征,分别获得试验单元和整体框架的动力反应,对比分析了其滞回特性、累积耗能及刚度退化等,并对震损柱进行拟静力试验。研究结果表明：型钢混凝土十字形中柱和T形边柱试验单元及整体框架的滞回曲线饱满,耗能能力强;震损柱的前期刚度下降迅速,后期刚度下降平缓,破坏时刚度约为初始平均刚度的30%;基于不同试验单元下整体框架的耗能结果初始状态和最终状态趋于一致,体现了混合试验方法的正确性及经济性。     

华电集团华中总部基地结构设计

华电集团华中总部基地由主楼、裙楼、附楼和四层地下室组成,基础采用桩筏基础。地下室设计时,为了节约造价、提高使用空间,将外墙和支护的地下连续墙合二为一。地上建筑通过防震缝形成主楼、裙楼、附楼三个独立单元。主楼为"门"形复杂连体超限高层建筑,通过方案比选,采用了框架-核心筒混合结构方案,即钢筋混凝土核心筒+圆钢管混凝土柱+钢梁+加强层(伸臂及腰桁架)。主楼连体通过方案比选采用大网格巨型跨层钢桁架结构。为提高主楼两个塔楼抗侧刚度,对加强措施进行了分析,并采用了加强层、加密框柱等措施。对主楼结构布置、关键节点设计进行了研究;做了风洞试验并根据试验结果进行风荷载作用下结构响应的计算;对主楼舒适度、塔楼施工稳定性也进行了验算。结果满足设计要求,确保结构的安全性和适用性。