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...     

超高层建筑结构中腰桁架和伸臂桁架的应用问题

超高层框架-核心筒结构中广泛采用腰桁架和伸臂桁架提高结构整体的抗侧刚度。通过对腰桁架和伸臂桁架作用机理的分析,指出了腰桁架和伸臂桁架作用的实质是加强竖向构件之间的连接,并使外围框架柱轴向受力。对腰桁架和伸臂桁架的最优位置进行了理论分析和模型计算,结果表明,腰桁架和伸臂桁架减小结构变形的最优位置在结构的中上部,且二者对相连构件的内力有明显影响。归纳了腰桁架和伸臂桁架的选用原则,指出了设置腰桁架和伸臂桁架时需要注意的问题。     

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。     

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。     

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。     

重庆解放碑威斯汀酒店伸臂桁架对比分析

重庆解放碑威斯汀酒店采用外框架(钢框架梁+型钢混凝土柱)+钢筋混凝土核心筒+伸臂桁架体系,在33层和49层的避难层设置了伸臂桁架,伸臂桁架的设置可以使外框架柱有效发挥作用,以增强整个结构的抗侧力刚度。结构整体分析表明,设置两道加强层,可有效地提高整个结构的抗侧力刚度,减小结构的水平位移,使其满足规范要求;同时,加强层的刚度不宜太大,太大了将造成严重的刚度突变;所以应对加强层的设置方式和层数进行对比分析,减少结构刚度突变。分析表明,在对加强层及相邻楼层采取专门措施后,整个结构在地震下仍可保持延性屈服机制。     

超高层结构中伸臂桁架的设计和优化

框架-核心筒结构结合加强层可以形成更大的刚度并抵抗倾覆力矩,结合实际工程应用ETABS软件建立三维模型进行分析,通过对5种不同伸臂桁架的设计方案进行对比,综合建筑需要和结构性能确定了伸臂桁架布置方案。研究伸臂桁架与核心筒之间的传力机理,并设计伸臂桁架。考虑施工次序对伸臂桁架斜撑内力变化影响的同时对伸臂桁架斜撑截面进行优化。     

钢框架-钢筋混凝土核心筒结构的协同工作性能分析

为了提高钢框架-钢筋混凝土核心筒结构在地震作用下的协同工作性能及减小结构在竖向荷载作用下的变形差异,可采取以下措施：在钢框架上加设大型斜撑;在钢框架和核心筒之间增设伸臂桁架以及同时增设大型斜撑和伸臂桁架。利用有限元软件ETABS,对比分析了这几种结构形式的协同工作性能。分析结果表明：在钢框架上加设大型斜撑可明显提高结构的刚度,框架的剪力分配率更易满足规范要求,框架柱的材料利用效率更高;增设伸臂桁架对整体结构的刚度影响不大,但可有效减小铜框架和核心筒之间的竖向变形差;同时增设大型斜撑和伸臂桁架可显著提高钢框架一钢筋混凝土核心筒结构的协同工作性能。     

黏滞阻尼伸臂桁架布置对超高层建筑抗震性能的影响

超高层建筑中利用伸臂桁架布置黏滞阻尼器,可避免传统刚性伸臂桁架所带来的不利影响.为探讨伸臂桁架布置形式对超高层建筑结构中黏滞阻尼器的减震效果和对局部构件受力的影响,以一个8度区、407m高的巨型斜撑框架-核心筒结构为例,通过动力弹塑性时程分析,研究黏滞阻尼伸臂桁架分别按通过内柱或避开内柱直接由核心筒悬挑两种方案设计时结构的整体抗震性能和构件内力.结果表明:两种设计方案均可有效协同核心筒和外框架共同受力,但当伸臂桁架经过内柱且弦杆布置在楼面时,因桁架端部受楼面约束,黏滞阻尼器变形受到限制,不能充分发挥作用.当伸臂桁架改为避开内柱、直接由核心筒悬挑,且弦杆脱离楼板约束可自由变形时,黏滞阻尼器耗能能力大幅提升,即使主体结构因塑性损伤产生一定偏位,黏滞阻尼器仍可适应变形继续耗能;因黏滞阻尼器耗能作用明显,主体结构变形得到有效控制,与其相连的巨柱和核心筒负担减轻,结构抗震性能得到一定改善.     

诺德英蓝国际金融中心伸臂桁架结构研究及施工监测

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。主体结构沿层高设置4道水平加强层,经对比研究确定加强层均安装形式合理的K形伸臂桁架。通过对伸臂桁架施工的数值模拟和现场监测,得到测点实测值与模拟值比较吻合,且均小于伸臂桁架内力设计值,确保施工阶段安全稳定。     

巨型型钢混凝土框撑-核心筒结构性能分析

巨型型钢混凝土框撑-核心筒结构是由巨型型钢混凝土框架、巨型支撑、混凝土核心筒和伸臂桁架组成的一种具有多道抗震防线的新型超高层结构体系。对设置X形和倒V形巨型支撑以及设置巨型支撑的同时去除巨型梁下层次柱的结构体系进行了分析。结果表明:设置X形巨型支撑可以使结构的整体刚度明显增大,提高了框架作为第二道抗震防线的承载力;倒V形巨型支撑对结构刚度的贡献相对较小,但引起的局部构件内力突变也较小;设置巨型支撑的同时去除次柱会造成局部构件的内力突变,但可以使巨型框架的主、次结构受力更明确,提高主结构的效率,同时满足建筑大开间的要求。     

黏滞阻尼伸臂桁架在超高层结构中的应用研究

黏滞阻尼伸臂桁架是针对核心筒-伸臂桁架结构将黏滞阻尼器竖向布置于伸臂桁架端部的一种消能减震技术,对位于高烈度抗震设防区的超高层框架-核心筒结构,采用该技术不仅可以有效地降低地震作用,还可以避免传统刚性伸臂桁架所带来的不利影响。为研究黏滞阻尼伸臂在超高层结构中的减震规律,对设置黏滞阻尼伸臂的超高层框架-核心筒结构进行减震作用分析,同时研究伸臂桁架刚度以及阻尼器参数对减震效果的影响。结果表明:黏滞阻尼伸臂具有附加阻尼和等效动刚度双重减震作用;综合考虑减震效果和经济性,伸臂桁架存在最优刚度;阻尼指数越小,减震效果越好;阻尼系数存在较优区间,使得黏滞阻尼伸臂取得较好的减震效果。     

超高层框筒-伸臂结构受力和变形性能探讨

基于对某超高层框筒-伸臂结构的可行性研究,提出5种结构方案,研究了设置环向桁架和伸臂对结构体系受力和变形性能的影响。计算结果表明:在低烈度地区的超高层建筑,一般风荷载是控制性工况,整体稳定性可能会成为结构体系成立与否的决定性因素。若伸臂和环向桁架同时设置,可形成筒体、伸臂和框架柱共同工作,减小了核心筒承担的倾覆力矩,伸臂成为整个结构的第二道抗侧力体系,各类构件受力性能更趋于经济合理。同时,伸臂的设置会引起邻近楼层墙柱内力突变,故应对该区域结构构件提出更加严格的抗震措施,保证其不成为薄弱部位。对比分析结果认为:对此类结构体系应多方案论证其可行性和经济性,伸臂和环向桁架设置的位置、数量和截面尺寸的确定应综合考虑各项因素。     

南亚之门塔楼结构初步设计

南亚之门工程位于云南省昆明市,塔楼建筑高度366m,为我国目前8度地区拟建的超高建筑之一。采用巨型框架-混凝土核心筒结构体系,层23以下建筑平面呈正方形,层23以上削角,建筑平面呈逐渐缩小的八边形,并在建筑顶部形成与底部旋转45°的内接正方形平面。置于平面四角的巨柱在层23一分为二形成8根倾斜角柱,并在设备层设置环带桁架,与巨柱形成抗侧刚度较大的巨型框架,与核心筒一起承担地震作用。环带桁架与核心筒通过加强层的楼板协调变形,起到"虚拟伸臂"的作用。采用速度型粘滞阻尼器增加结构阻尼,以减小地震作用。     

航天科技广场加强层伸臂桁架方案研究

结合实际工程探讨了采用屈曲约束支撑作为高层框架核心筒结构加强层伸臂桁架的可行性及优越性,对比分析了普通支撑与屈曲约束支撑加强层方案结构整体动力性能、层间位移角,以及大震下弹塑性基底剪力等。计算结果表明,在满足正常使用状态的情况下屈曲约束支撑可以选择相对较小的截面,在加强层采用屈曲约束支撑作为伸臂桁架能够有效降低结构刚度突变,通过屈服耗能以降低大震下的反应,减小地震作用对整体结构重要构件的破坏,屈曲约束支撑实现提高刚度、承载力同时减小刚度突变的和谐统一。     

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。     

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。     

跨层伸臂桁架受力性能研究

通过对Y字形不同跨越层数的伸臂桁架的对比分析,提出了伸臂桁架高跨比概念,研究了其对超高层建筑整体刚度及与之相连的核心筒剪力墙、框架柱受力的影响。研究表明,对Y字形伸臂桁架,一定范围内增大伸臂桁架高跨比可以有效提高其加强效能。并对伸臂桁架跨越层数以及伸臂桁架高跨比的取值进行了探讨,研究结果可供同类工程参考。