超高层建筑伸臂桁架-核心筒剪力墙节点杆系计算模型

基于超高层建筑通常采用的巨柱框架-伸臂桁架-核心筒结构体系中伸臂桁架与核心筒剪力墙连接节点的重要性,针对伸臂桁架斜腹杆在节点处直接与墙两侧外包钢板相连的外包钢板节点形式提出全杆系简化模型和设计方法。利用有限元分析软件MSC.MARC(2010)建立该节点的数值模型,并分析确定模型的边界范围。提出考虑混凝土开裂的全杆系简化模型,并通过数值模型进行验证。分析剪力墙开洞对节点受力性能的影响并给出节点的设计方法。研究结果表明：外包钢板节点在承受拉力作用时较为不利,是该类节点的控制工况;数值模型能够较准确地模拟外包钢板的应力发展规律;全杆系简化模型简便易行且具有较高精度,在荷载水平较大时能够较准确地估计整个节点的刚度及内力分配,在荷载水平较低时可给出偏于安全的结果;连梁分担轴力比例主要由洞口高度决定,近似呈线性关系。本文研究可为该类伸臂桁架-核心筒剪力墙节点在工程中的应用提供参考。     

上海中心大厦伸臂桁架与巨柱和核心筒连接的静力性能试验研究

超高层框架-核心筒结构体系中,伸臂桁架连接着外围巨柱框架与内部核心筒,需传递巨大内力,其连接构造、传力机制等非常复杂。以上海中心大厦工程为背景,选取钢骨混凝土巨柱-伸臂桁架-环带桁架连接区域和伸臂桁架-核心筒连接区域进行了单调静力加载试验,并进行了有限元分析和简化模型计算分析。结果表明：伸臂桁架能够有效连接相邻构件并可靠传力,其破坏模式表现为伸臂桁架斜腹杆的受压屈曲以及上、下弦杆的弯曲变形,具有较好的延性;伸臂桁架与巨柱和核心筒连接的节点板虽然部分区域进入塑性,但塑性变形不明显,表明连接区域的承载力远高于杆件的承载力;有限元分析及简化模型分析结果与试验结果吻合良好;简化模型反映了伸臂桁架的非线性受力机理,可对其失效荷载进行准确预测,并可根据结构性能设计要求进行伸臂桁架分析和构件截面选择。     

武汉中心伸臂桁架-核心筒剪力墙节点抗震性能试验研究

结合武汉中心超高层结构设计,对伸臂桁架-核心筒剪力墙节点进行拟静力试验。节点按构造分为钢板外包式和钢板内嵌式两种,通过对两类试件进行低周往复试验,对节点的承载力、刚度、延性和耗能能力进行分析,结果表明,试验采用的两种不同构造形式的伸臂桁架-核心筒剪力墙节点均具有良好的承载能力、延性和耗能能力,抗震性能优越。同时,对两种节点构造从施工工艺、破坏模式及混凝土裂缝开展情况等方面进行对比,结果表明,外包钢板构造优于内嵌钢板构造,其施工更为便捷,稳定承载力更高,混凝土剪力墙裂缝较少。本文研究成果为武汉中心超高层建筑结构加强层设计提供重要依据,可为伸臂桁架-核心筒剪力墙节点在超高层建筑结构中的应用提供参考。     

上海中心大厦巨型框架关键节点设计研究

上海中心大厦主体结构采用巨型框架-伸臂-核心筒结构体系，节点设计是巨型框架设计中的关键环节。介绍了基于性能的节点设计原则，研究了伸臂桁架与巨型柱连接节点、环带桁架螺栓拼接节点两类典型节点。伸臂桁架与巨型柱连接节点，节点区受力复杂，同时承受较大的轴力与弯矩，运用有限元方法对该类节点简化设计公式的适用性进行了验证。研究表明：简化设计公式能够满足工程精度要求，可作为该类节点初步估算的验算公式；环带桁架螺栓节点具有螺栓拼接长度超长、螺栓数量多、构件截面大及拼接板材厚度大的特点，运用有限元方法研究了该类节点的传力机理，并对螺栓拼接节点的安全性进行了考察。研究表明：该类节点满足指定性能需求下的承载力设计要求，螺栓传力呈现两端大，中间小的受力性态，但随荷载的增加螺栓传力不均匀性呈降低趋势；同时研究还表明，螺栓拼接长度较长会改变构件的力学特性。图15表2参7     

武汉江城之门大跨刚性连体超高层混合结构收缩徐变分析

武汉江城之门为双塔高位连体的门形超高层建筑，建筑高度241.9m,采用钢管混凝土柱框架+核心筒+加强层+连体巨型跨层桁架结构体系，核心筒角部及相交处内嵌钢骨，部分楼层内嵌钢板。采用SAP2000软件分别建立基于CEB-FIP 90、CEB-FIP 2010、GL2000理论的分析模型和无连体单塔模型，进行了考虑收缩徐变的非线性阶段施工模拟分析，对比了典型竖向构件变形和内力重分布结果。分析结果表明，伸臂桁架可有效平衡外框柱和核心筒的竖向变形差异；高位刚性连体的布置加大了外框柱和核心筒的竖向变形差异，其差异主要为弹性变形，收缩徐变引起的附加变形差异较小；混凝土收缩徐变带来的竖向构件轴力重分布表现为核心筒剪力墙卸载，外框柱和剪力墙内嵌钢骨加载，轴力变化最大值位于连体相邻下部楼层；对伸臂桁架和腰桁架内力影响主要体现为弦杆轴力的增大。     

横琴新区十字门国际金融中心大厦伸臂桁架节点受力性能分析

珠海横琴新区十字门国际金融中心大厦超高层塔楼建筑总高336.55m,主要屋面高度300m,采用带加强层的框架—核心筒混合结构体系。本工程结合避难层(31层、44层)共设置两道加强层,加强层采用周边带状桁架和伸臂桁架的形式。为进一步研究加强层伸臂桁架与剪力墙连接部位的受力性能,选取两种典型伸臂桁架节点进行细部分析。在与文献中模型节点试验结果对比验证的基础上,对本工程伸臂桁架两种典型节点进行了非线性有限元分析,重点研究了节点区域构件传力与应力分布特性。分析结果表明,在最不利荷载组合作用下,节点区域型钢处于弹性受力状态,节点核心区混凝土工作性能良好,伸臂桁架节点安全可靠。此外,对节点有限元分析中模型隔离方法与简化、边界条件施加和分析结果判定等需注意问题进行了探讨和总结,为类似工程分析提供参考。     

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。     

钢板组合剪力墙在广州东塔伸臂桁架区中的应用与分析

为了提高结构抗震性能,常在结构底部、加强层等关键受力部位或者立面收进等薄弱部位设置钢板组合剪力墙。广州东塔工程在核心筒与伸臂桁架连接的部位,剪力墙内设置了钢板,采用ABAQUS软件对其进行动力弹塑性分析,研究在罕遇地震作用下的结构变形特征、伸臂桁架内力、剪力墙塑性损伤等非线性动力响应。结果表明,与普通钢筋混凝土剪力墙相比,在与伸臂桁架连接的核心筒部位采用钢板组合剪力墙,能够有效控制结构变形和减轻因刚度突变而造成的损伤,改善结构的抗震性能。     

上海中心大厦伸臂桁架与巨柱和核心筒连接的抗震性能试验研究

在上海中心大厦伸臂钢桁架与柱和核心筒连接单调静力试验的基础上,进行了该连接的抗震性能试验。试验设计了3种不同的反复加载路径,以考察普通循序渐增加载方式和不同损伤累积后再以普通循序渐增加载方式下试件滞回特性和耗能能力的差别。结果表明：在几种不同路径反复荷载作用下,试件最终破坏均发生在伸臂桁架斜腹杆和下弦杆端部,伸臂桁架与巨柱和核心筒连接的节点板塑性应力水平较低,滞回曲线形状饱满,延性较好,满足结构抗震设计要求;伸臂桁架在不同加载路径下的累积塑性耗能引起的塑性损伤对伸臂桁架的滞回性能退化有一定影响,但并不显著;单斜腹杆作为伸臂桁架耗能的主要构件,其累积轴力耗能占伸臂桁架总耗能的70%左右。     

武汉中心塔楼结构设计

武汉中心塔楼为巨柱框架-核心筒-伸臂桁架体系的超高层结构,框架柱采用了大直径钢管混凝土柱,底部核心筒为内置钢板组合剪力墙。对该工程结构的特点进行了阐述,介绍了其抗震超限设计的主要措施;对大直径钢管柱及梁柱节点、伸臂桁架伸入核心筒节点等关键部位的做法进行了探索;最后对利用施工顺序优化主动控制结构内力分布的设计方法进行了尝试。     

上海中心大厦巨型框架-核心筒结构竖向地震作用反应分析

上海中心大厦主体结构高度632 m,为带伸臂桁架的巨型框架-核心筒结构,其竖向地震作用反应大且较为复杂。巨型框架与核心筒沿高度的质量和竖向刚度分布特性差异较大,两者的相对振动将导致伸臂桁架产生较大的内力;环带桁架具有转换承重和巨柱弹性支承的特性,相对支承巨柱存在更大的竖向振动放大效应。在分析结构重力荷载的竖向分布特性以及结构自振特性的基础上,通过反应谱和时程分析,对上海中心大厦结构在竖向地震作用下巨柱和核心筒的轴重比、伸臂桁架和环带桁架的内力反应以及巨柱、核心筒和环带桁架的竖向加速度反应及分布特点进行分析。结果表明：上海中心大厦结构的竖向地震作用反应随结构高度增加而增加;处于高区的巨柱和核心筒的轴重比约为低区的2.2倍和2.3倍,高区伸臂桁架和环带桁架在竖向地震作用下的轴力占重力荷载作用下轴力的比例约为低区的2.2倍和4.3倍;高区环带桁架跨中竖向加速度反应较相应标高巨柱增大20%。     

上海中心大厦巨型框架-核心筒结构竖向地震作用反应分析

上海中心大厦主体结构高度632 m,为带伸臂桁架的巨型框架-核心筒结构,其竖向地震作用反应大且较为复杂。巨型框架与核心筒沿高度的质量和竖向刚度分布特性差异较大,两者的相对振动将导致伸臂桁架产生较大的内力;环带桁架具有转换承重和巨柱弹性支承的特性,相对支承巨柱存在更大的竖向振动放大效应。在分析结构重力荷载的竖向分布特性以及结构自振特性的基础上,通过反应谱和时程分析,对上海中心大厦结构在竖向地震作用下巨柱和核心筒的轴重比、伸臂桁架和环带桁架的内力反应以及巨柱、核心筒和环带桁架的竖向加速度反应及分布特点进行分析。结果表明:上海中心大厦结构的竖向地震作用反应随结构高度增加而增加;处于高区的巨柱和核心筒的轴重比约为低区的2.2倍和2.3倍,高区伸臂桁架和环带桁架在竖向地震作用下的轴力占重力荷载作用下轴力的比例约为低区的2.2倍和4.3倍;高区环带桁架跨中竖向加速度反应较相应标高巨柱增大20%。     

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。     

某超高层结构关键节点有限元分析

为抵抗水平地震作用和风荷载,某450m超高层采用"巨型框架-核心筒-伸臂桁架"的结构体系。该体系有两种关键节点,巨柱与伸臂桁架节点、核心筒与伸臂桁架节点。文中采用ABAQUS通用有限元分析软件,建立了两类节点的精细化有限元模型,分析了控制工况下节点各构件的应力状态。结果表明两种关键节点均满足中震不屈服的抗震性能目标,且满足强节点弱构件的抗震设计要求。     

某超高层结构连接节点的非线性有限元分析

某超高层采用框架-核心筒结构体系,在内筒与核心筒之间采用伸臂桁架连接。介绍了这种结构形式的特点,利用有限元软件LS-DYNA分析了在控制工况作用下伸臂桁架与混凝土核心筒连接节点的工作性能,考察了伸臂桁架对混凝土墙体的影响及节点的破坏形态。结果显示,在荷载标准组合作用下,混凝土剪力墙及节点满足设计要求;在最不利工况作用下,混凝土剪力墙满足承载力极限状态要求;采用铸钢节点后满足强节点的设计要求。     

银川绿地中心超高层双塔结构设计

银川绿地中心301m双塔地处高烈度区,且风荷载较大,采用框架-核心筒+2道伸臂桁架/环带桁架结构体系,准确取用结构计算参数,并采取多种抗震加强措施.计算结果表明,在地震与风荷载作用下,塔楼可以达到预期的性能目标;通过厚板多次微弯工艺并结合焊接工艺实现了伸臂桁架与核心筒角部复杂节点的加工制作,避免了采用大型铸钢节点;塔楼下部楼层采用钢板组合剪力墙,通过配置长短栓钉,避免了钢筋孔造成的钢板削弱,提高了厚剪力墙的整体性;在中震作用下,控制钢板组合剪力墙轴拉比不大于0.6,在满足构件拉剪承载力的同时,可以有效减少钢材用量;对受力集中的建筑门洞与结构洞口,采用多连梁技术可以有效地解决普通连梁在地震作用下剪压比不足的问题.     

加强层伸臂桁架-复式钢管高强混凝土柱节点有限元分析

基于巨型框架-核心筒结构体系中加强层伸臂桁架与巨型框架柱连接节点受力的特殊性,提出一种伸臂桁架-复式钢管高强混凝土柱的连接节点形式,运用ABAQUS软件并结合深圳某超高层结构设计,对该节点展开详细的数值模拟分析。研究揭示了该节点的受力机理,并证明其在传力上的可靠性,可为该类节点在超高层结构中的应用提供参考。     

施工荷载对高层钢板剪力墙结构影响分析

天津诺德英蓝国际金融中心采用巨型柱+剪力墙核心筒+环形桁架+伸臂桁架结构体系。钢板剪力墙作为新型高层钢结构抗侧力构件,受到焊接残余应力、动臂塔吊、液压爬模等施工荷载影响,产生较大竖向应力和变形。通过施工监测与模拟研究,分析钢板剪力墙内力变化规律,保证施工阶段安全,为工程科学施工提供指导。     

巨型柱框架-核心筒结构三向地震作用反应分析

现有超高层建筑中较多采用一种带伸臂桁架的巨型柱框架-核心筒结构形式。为研究其竖向地震作用反应,以巨型柱框架-核心筒结构为研究对象,在分析结构自振特性的基础上,通过反应谱分析和时程分析,研究该结构在水平地震作用下和水平与竖向地震共同作用下的反应。结果表明:与仅有水平地震作用相比,巨型柱轴力、梁的跨中弯矩和环带桁架的轴力均增大,且增幅随结构高度的增加而增大;竖向地震作用对基底剪力和楼层侧移的影响不明显,对梁的跨中弯矩影响显著,在楼层较高的区域,巨型柱轴力、梁的跨中弯矩和环带桁架轴力分别增大了10.0%、29.6%和12.4%。     

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。