广州琶洲PZB1301项目抗震性能设计

基于性能的抗震设计方法是现代工程抗震理论发展的重要方向.本工程采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系,辅以钢斜撑传递悬挑结构内力.设计中立足于承载力和变形能力的综合考虑,针对框架梁柱、钢斜撑、转换梁、核心筒、节点等不同构件的受力情况,采用基于性能的抗震设计方法,通过小震弹性、中震弹性以及大震弹塑性分析,结构整体及各构件的抗...     

孝感市民之家大跨悬挑结构设计

孝感市民之家采用由钢桁架组成的钢-混凝土混合结构体系,从3层楼面开始四面悬挑。在满足建筑功能的前提下,对多种结构方案进行了承载能力和位移比选,得到了较优的结构体系。采用性能化方法对该结构进行设计,并对悬挑构件的支撑系统进行了中震弹性分析,满足中震弹性、大震不屈服要求;利用MIDAS Gen软件对结构进行静力弹塑性分析,以了解结构在大震作用下的性能,保证结构实现多道抗震防线要求;为防止悬挑结构出现连续倒塌,采用SAP2000软件模拟悬挑杆件失效,进行了抗连续倒塌分析;对楼面大开洞采取了有针对性的加强构造措施。     

某图书馆结构设计与分析

某图书馆项目采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构,以平面四周对称布置的4个落地L型剪力墙核心筒及12根大矩形框架柱作为主要竖向抗侧构件,筒间混凝土楼盖最大跨度24 m,筒四周悬挑最大跨度10.5 m,钢屋盖最大跨度41 m,四周悬挑最大跨度25 m。采用带楼板翼缘的薄腹梁、施加预应力、双层板、多跨组合桁架等多种方法解决场馆大跨大悬挑问题。通过抗震性能化设计和楼盖温度、舒适度等专项分析,结合相应构造加强措施,共同保障结构受力安全可靠,达到预设的C级抗震性能目标。     

某超高层塔楼结构设计及抗震性能分析

某超高层塔楼采用钢管混凝土柱钢框架-钢筋混凝土核心筒-伸臂桁架混合结构体系,结构东侧中庭部位两个框架柱在底部两层不连续,采用钢桁架托柱转换,中庭幕墙结构外凸并依附于塔楼。主要介绍该结构的设计特点及抗震性能目标,完成了结构整体受力性能分析、结构构件不同性能目标要求的承载力验算、幕墙结构水平钢板梁屈曲分析、拉索式门式刚架稳定分析和整体结构大震弹塑性时程分析,计算结果表明,结构整体及结构构件的刚度、承载力和稳定性满足抗震性能目标的要求。     

浙江佛学院二期工程(弥勒圣坛)须弥山结构设计

浙江佛学院二期是用现代建筑语言进行建设的大型宗教建筑。须弥山及兜率天宫为本工程的核心部分,须弥山为混凝土剪力墙结构,外形为圆筒形状,高度为56.85 m,须弥山顶部设置大平台,由24榀平面悬挑桁架组成,桁架最大悬挑尺寸为22.5 m,悬挑桁架根部支撑于环向布置的24根钢骨混凝土柱上。兜率天宫为钢框架结构,高度为33 m,其最外侧钢柱通过混凝土环梁竖向转换,中间钢柱通过混凝土牛腿与须弥山混凝土筒体连接,最内侧钢柱落在大跨度钢梁上。本工程下部须弥山采用混凝土剪力墙结构,上部兜率天宫采用钢框架结构,上下部刚度差异大,是一种复杂的混合结构形式,且存在悬挑、转换、楼板开洞等特点。本项目分析中地震加速度按7度(0.1g)参数取值,阻尼比按混凝土0.05、钢结构0.03计算,场地特征周期0.20 s,水平地震影响系数最大值0.08,竖向地震按水平地震影响系数的0.65选取,混凝土剪力墙抗震等级三级,钢结构抗震等级三级。对须弥山与兜率天宫整体模型和仅考虑须弥山的分模型进行计算分析。结果表明:分模型计算结果与整体模型有较大出入,且分模型计算难于考虑钢结构与混凝土结构的相互影响。为确保设计安全可靠,应采用整体建模和分模型两种模型进行计算并按包络受力进行设计。须弥山大平台采用24榀平面悬挑钢桁架组成。计算结果表明,悬挑桁架刚度大,舒适度高,悬挑钢桁架一阶面外弹性屈曲荷载系数可达19.1,且根据幕墙安装要求,又增加了3道刚性系杆,悬挑钢桁架整体稳定性满足要求。为确保罕遇地震下受力安全可靠,在悬挑钢桁架根部采用增加混凝土环梁的方式进行构造加强。对结构进行了多遇地震时程分析和设防烈度地震、罕遇地震分析,结果表明:结构抗震性能满足设防烈度地震弹性要求;罕遇地震下层间位移角均满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》要求,但罕遇地震下有部分构件屈服。对部分屈服构件进行加大截面处理,对转换部位承托兜率天宫的混凝土梁采用增大截面和配筋的方式进行加强。     

海控国际广场续建超高层结构设计

海控国际广场原设计为168m高的办公楼,1995年施工到15层后停建。2006年决定对其续建,结构主体高度增加至190m。原结构竖向构件混凝土强度设计值为C58,经现场检测仅为C45左右,且钢筋锈蚀严重。根据结构的现状和特点,确定续建结构沿用原筒中筒结构体系,而将上部混凝土框筒梁改为钢梁以减轻结构自重。采用SATWE软件和ETABS软件对结构进行了分析,主要计算结果均满足规范要求。进行了弹性时程补充计算,研究了高阶振型对结构的影响。进行了静力弹塑性分析,研究了结构的抗震性能。钢筋混凝土构件主要采用了加大截面法和聚合物砂浆-钢丝绳网片方法加固。为提供底部入口大空间,原设计中采用空腹桁架转换的方式,续建中将其改为斜撑转换形式,使转换构件在大震作用下保持弹性。     

中国尊大厦施工图设计中的弹塑性时程分析

北京CBD核心区Z15地块中国尊大厦是一栋地上108层、地下7层、建筑总高度528m、高宽比约7.2的复杂超高层建筑,是目前世界上8度抗震设防烈度区在建的最高建筑。结构设计采用了巨型钢-混凝土筒中筒结构体系。在施工图设计阶段,根据结构体系的最新调整情况对结构进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,检验结构在大震下的抗震性能。弹塑性时程分析时采用ABAQUS软件和自主开发的S2A程序将梁、柱、剪力墙、支撑及楼板等构件的弹塑性在应力-应变层次上进行精确模拟,分析过程中考虑几何非线性,并采用显式积分算法。结果表明,结构整体及绝大部分构件的抗震性能满足规范和性能目标的要求。基于塑性区模型的弹塑性时程分析对本工程结构体系的优化起到了重要的作用。     

深圳某证券公司总部大楼特殊外框的设计与分析

深圳某证券公司总部大楼结构高度为201.4m,采用钢框架-混凝土核心筒结构体系,属于超B级复杂超高层超限结构.本塔楼结构南北立面设置全楼贯通的空腔,造成了外框梁的局部缺失.对该结构在水平和竖向荷载作用下受力机制进行深入研究.结果 表明:论证了在外框有所削弱的情况下结构抗侧性能仍能满足设计要求;同时南北立面带空腔的框架在竖向荷载作用下具有足够的安全度,变形也在合理范围内.采用LS-DYNA软件对结构进行大震动力弹塑性时程分析,结果表明,在罕遇地震作用下结构各构件的抗震性能满足性能目标,结构整体能够满足"大震不倒"的要求,并对局部构件进行了合理的加强,确保结构具有更好的抗震及抗风性能.     

深圳证券交易所结构设计

深圳证券交易所塔楼采用钢梁-型钢混凝土柱组合框架+钢筋混凝土核心筒结构体系,东西两侧外框架在裙楼以下采用转换桁架结构。位于塔楼7~10层的悬臂裙楼最大悬挑距离37m,采用钢桁架结构支承。本项目为超高、超限结构,受地震作用及风荷载影响较大,设计时基于不同性能水准下的抗震性能目标,同时考虑风洞试验风荷载数据,对结构设计方案及整体性能进行了研究。弹性分析采用了两种不同的分析软件进行计算对比,同时对塔楼进行了非线性时程分析。分析结果表明,本工程整体结构性能满足相关规范要求,结构设计安全,构件设计主要由风荷载或重力荷载控制。罕遇地震下结构抗震性能满足"大震不倒"的性能目标。     

立面收进超限结构弹塑性时程分析

上海嘉里静安综合发展项目南塔楼为超高层型钢混凝土框架—钢筋混凝土筒体结构.塔楼设有斜柱和加强层并有较大的立面收进,为立面规则性超限结构.文中采用NosaCAD有限元程序建立整体结构分析模型,通过7度多遇和7度罕遇烈度下的弹塑性时程分析,研究结构的变形、内力、破坏情况的发展历程.计算结果表明,小震情况下,结构构件未出现损坏.大震情况下,框架部分出现塑性铰的杆件未达到极限承载能力,筒体部分构件损坏顺序和分布较为合理,能在一定程度上耗散地震输入能量.结构最大层间位移角满足1/100的限值要求.结构可以满足小震不坏大震不倒的设防要求.     

Nonlinear time history analysis of China Pavilion for Expo 2010 Shanghai China

The peculiar building style and special structural system of the National Hall of China Pavilion for Expo 2010 Shanghai is a long‐span and large cantilevered steel–concrete hybrid structure with a shape of an inverted trapezoid in elevation and local discontinuity of floor slabs in plan for esthetic and functional considerations. Because of these characteristics, the building is classified as an irregular and complex structure. To investigate the seismic behavior of the structure, a refined finite element model was established by using NosaCAD. To simulate the nonlinear behavior of the members, the fiber section model was chosen for compression‐flexure frame members, and nonlinear flat shell element was chosen for tube wall. Nonlinear analysis was carried out to study the seismic behavior of the structure under the minor and major earthquakes at the level of intensity 7. With the analysis, the deformations, internal forces and damage states of the structure were investigated. Analysis results show that there is no damage on structure under minor earthquake, the structural system has sufficient capacity and ductility to resist major earthquake, and seismic performance objective of no damage under minor earthquake and no collapse under major earthquake can be reached. The deformation of the structure is less than the limit of the Chinese code. The order and distribution of damages on components of the tubes are reasonable, which can dissipate some dynamic energy. Finally, weak points were identified, and some corresponding suggestions were put forward to improve the overall seismic performance of this structure. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

某平面不规则结构弹塑性时程分析

某框架—剪力墙结构位于8度抗震设防区域,其平面投影形状为折带形,属于高烈度下的平面不规则结构。采用NosaCAD有限元程序建立整体结构分析模型,通过8度多遇和8度罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,计算结构的变形和破坏,研究结构在大震作用下的塑性发展机理。计算结果表明,多遇地震下,结构构件未出现损坏;罕遇地震下,塑性铰首先出现在框架梁、柱上,极少数剪力墙底部出现压碎。结构最大层间位移角1/103满足规范的限值要求。构件破坏顺序及分布有利于耗散地震能量。结构可以满足"小震不坏、大震不倒"的设防要求。     

柔性连接填充墙框架结构模型振动台试验研究

通过对一典型的框架结构1/8整体模型模拟地震振动台试验,测试了模型结构的动力特性、阻尼比及其在7度多遇、7度基本、7度罕遇、8度罕遇烈度地震作用下的加速度和位移反应等,研究了模型结构的破坏机理和破坏模式,运用有限元分析程序对原型结构进行了地震作用下的时程分析,并与试验数据进行了对比分析。对比结果表明,试验与理论分析结果吻合良好。研究得到:该结构体系在7度多遇烈度至设防烈度地震作用下结构自振频率基本不变,结构基本处于弹性阶段;在7度大震作用下,结构自振频率有所下降,最大层间位移角满足规范的弹塑性变形要求;在8度大震作用下,结构局部出现混凝土开裂和压碎现象,但能维持结构不倒塌的工作状态。综合研究结果表明该结构能满足小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震设防要求。     

带叠层桁架转换层高层建筑结构整体模型振动台试验研究

上海裕年国际商务大厦为带巨型叠层桁架转换层的高层建筑结构,属于复杂高层建筑结构。预应力混凝土叠层转换桁架的跨度和其所承受的竖向荷载均很大,是整个结构设计和施工的技术关键。为了研究该结构的整体抗震性能,进行了一个1:25 缩尺模型的振动台试验,研究了模型结构的动力特性,以El Centro波、Pasadena波和Shw2002波为输入地震波,分别按设防烈度7度多遇、基本、罕遇、超罕遇以及8度罕遇、超罕遇地震作用进行试验,研究了模型结构在各阶段地震作用下的加速度、位移和应变反应,以及结构的破坏形式和破坏机理。试验结果表明,模型结构能满足7度抗震设防的“小震不坏”和“大震不倒”的设计要求,8度超罕遇地震作用下结构仍不倒塌,结构具有良好的抗震性能。在7度多遇、基本以及罕遇地震作用下,预应力混凝土叠层转换桁架基本处于弹性状态。图15表4参7     

半刚性框架-屈曲约束钢板剪力墙结构振动台试验研究

为研究半刚性框架-钢板剪力墙结构的抗震性能,进行了1个缩尺比为1/3的单跨4层钢框架-屈曲约束钢板剪力墙的振动台试验。试验采用模拟地震动的方法,选取El Centro波、Taft波和一条人工合成波,分析在7度多遇至9度罕遇共计8个水平地震作用工况下结构的动力特性和动力响应。研究结果表明：在多遇地震作用下,结构无明显塑性变形;罕遇地震作用时,1、3层墙板大部分区格形成拉力带。随着地震激励的增大,结构刚度逐渐退化,9度罕遇地震输入后结构抗侧刚度最大降幅仅为12%;屈曲约束钢板墙作为第一道抗震设防防线,率先进入弹塑性工作阶段,吸收耗散地震能量,避免框架发生破坏;在多遇及罕遇地震作用下结构的层间位移角分别为1/476和1/68,均满足我国现行抗震规范对层间位移角限值的规定。结构整体表现出优异的抗震性能,满足我国“两阶段,三水准”抗震设防要求。     

Y形偏心支撑-高强钢框架结构抗震性能试验研究

为研究Y形偏心支撑-高强钢框架结构抗震性能,在已完成的1∶2缩尺3层模型结构振动台试验的基础上,重新设计了耗能梁段,并对该结构再次进行振动台试验。试验中选取El Centro波、Taft波和兰州波作为地震动输入并考虑7度多遇到9度罕遇的地震水准,分析了结构在水平地震作用下的动力特性、加速度响应、位移响应、应变响应、剪力分布等,并与已有试验结果进行了对比。通过ABAQUS建立了有限元分析模型,与试验结果进行对比。结果表明：该结构在多遇地震作用下处于弹性状态,在罕遇地震作用下表现为耗能梁段的局部破坏;耗能梁段破坏后,结构刚度大幅下降,但未发生倒塌;在多遇地震和罕遇地震作用下,结构的最大层间位移角满足抗震规范层间位移角限值的相关要求;在罕遇地震作用下,耗能梁段进入塑性状态而进行耗能,其他构件仍保持弹性状态;所建立的有限元模型可以有效模拟振动台试验结果。     

襄阳东津站多点激励地震响应分析

襄阳东津站站房长度超过300m,属于超长结构。采用时程分析方法,利用ABAQUS软件对结构进行小震弹性和大震弹塑性多点激励与一致激励的对比分析,考察行波效应对结构的影响。分析结果表明,小震弹性阶段,考虑行波效应后结构角柱、边柱及斜撑内力有所加大;大震弹塑性分析阶段,考虑行波效应后结构损伤程度未见明显加重,仅个别构件损伤略微加大。分析结果为结构设计中考虑行波效应的影响提供了依据。     

框架结构基于性能的抗震设防目标和性能指标的量化

针对我国现行抗震规范中,地震作用水平从多遇地震到罕遇地震的超越概率相差较大的现状,提出中小震的地震作用水平,取其50年内的超越概率为40%;对结构性能水平进行细化,划分"五档"性能水平,结合4个地震作用水平,建立14个结构抗震性能目标和"四水准"的抗震设防目标.在统计分析国内外215个钢筋混凝土框架(柱)试验数据的基础上,建立结构在地震作用下处于暂时使用和修复后使用性能水平的量化指标.通过算例,对3种不同高度的规则框架分别按照小震和中小震进行抗震没计,并进行反应谱法和时程分析,结果表明按现行规范"小震不坏"进行设计的结构,不一定能保证"中震可修",而按照"中小震"进行结构抗震设计,可以保证"中震可修".     

钢筋混凝土框架核心筒结构地震韧性评价

随着中国高层建筑的蓬勃发展，“大震不倒”的性能目标已经不能满足现代社会的需求，提高其地震韧性是当下高层建筑抗震的发展趋势。对比目前代表性的韧性计算方法，构建了一种基于构件损伤状态的结构使用功能量化方法，提出了结构地震韧性的评价流程，并应用于典型钢筋混凝土框架核心筒高层建筑结构的地震韧性评价。研究结果表明：所提出的基于构件损伤状态的使用功能量化方法能较好地反映结构在不同地震水准下的使用功能损失；钢筋混凝土框架核心筒结构算例具有较好的地震韧性，在多遇、设防和罕遇地震水准下的韧性分别为99.95%、98.68%和88.69%，在多遇和设防地震水准下，非结构构件对钢筋混凝土框架核心筒结构算例地震韧性的影响明显大于结构构件。     

上海环球金融中心大厦结构抗震性能研究

上海环球金融中心大厦结构高度492m,地上101层,高宽比8.49,拟建成为世界上结构高度最高的建筑。该建筑总高和高宽比都超过了我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2002)所规定的限值,为研究该超限的复杂超高层结构体系的抗震性能,进行了1∶50比例的微粒混凝土整体模型的地震模拟振动台试验,得到了结构在7度多遇、7度基本、7度罕遇和8度罕遇地震作用下结构的动力特性、动力反应以及结构的破坏型式。利用ANSYS对结构进行了有限元分析,并与试验数据进行了对比,对比结果表明试验与理论分析结果吻合良好。研究得到:该结构体系在7度多遇至7度中震地震作用下结构自振频率基本不变,结构基本处于弹性阶段;在7度大震作用下,结构自振频率有所下降,最大层间位移角满足规范的弹塑性变形要求;在8度大震作用下,结构局部出现混凝土开裂和压碎现象,但能维持结构不倒塌的工作状态。综合研究结果表明该结构体系满足小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震设防要求。