江西省博物馆超限结构抗震性能设计

以目前在建的江西省博物馆超限高层建筑为例,结合基于性能的抗震设计理论和方法,根据建筑物的重要性合理确定结构的抗震性能目标及构件在各设防地震烈度下的性能水准。使用PKPM,MIDAS,YJK软件进行多遇地震作用下弹性计算分析、设防地震作用下弹性和不屈服分析,采用SAUSAGE软件进行罕遇地震弹塑性分析。通过弹塑性时程分析方法验算罕遇地震作用下的弹塑性层间位移角等指标是否满足规范要求,并对结构的损伤程度进行分析,确定结构薄弱部位(薄弱层及薄弱构件),根据分析结果提出抗震加强措施以确保结构在各设防烈度下满足预期的抗震性能目标。     

采用强化弹塑性模型的钢筋混凝土结构抗震性能设计谱方法

建筑结构的常规抗震设计,是按多遇地震作用对结构进行承载力及弹性侧移计算。为了保证结构的抗震性能,须验算结构在设防地震及罕遇地震作用下的承载力及弹塑性侧移。本文采用振型分解反应谱法,其中等效单自由度体系采用强化弹塑性模型,模型主要参数由常规抗震设计确定,屈服后刚度及阻尼比按模型强化段进行调整,利用规范的地震反应谱,进行结构的弹塑性反应分析。二层钢筋混凝土框架结构算例计算结果表明,采用本文提出的设计谱方法与弹塑性时程分析方法的计算结果基本相当,而计算则大为简化。按本文方法所得设防地震及罕遇地震作用下的结构地震响应可用于结构承载力验算,所得侧移可用于结构侧移控制及变形能力设计。     

巨框格栅式双钢板剪力墙体系抗震性能

为满足km级超高层在高地震设防烈度下的抗震性能要求,提出一种以格栅式双钢板–混凝土组合剪力墙为主要抗侧力构件的km级巨框格栅式双钢板剪力墙体系,围绕该体系的弹塑性抗震性能展开了研究,建立km级巨框格栅式双钢板剪力墙体系弹塑性动力时程分析模型,使用SAUSAGE计算该模型在罕遇地震作用下的地震响应,分析结构变形分布、结构...     

巨型钢支撑框筒结构抗震性能分析

某超限高层建筑总高346.7m,高度超限,外立面沿高度逐渐收进后又逐渐外挑,建筑概念独特,采用巨型钢支撑框筒+腰桁架形式。依次对其进行设防烈度为7度、超烈度7.5度以及8度罕遇地震输入,研究整体结构的变形、加速度放大系数、楼层剪重比和抗侧力构件的塑性状态等抗震性能。结果表明,在7度罕遇地震作用下,结构基本处于弹性工作状态,能满足整体结构大震不倒的抗震性能要求;超烈度7.5度罕遇地震下,局部构件出现塑性,表现出一定的延性耗能特征;8度罕遇地震作用下,楼层加速度放大系数减小、楼层剪重比减小、局部支撑构件进入塑性屈服阶段,结构进入良好的屈服耗能状态。     

超限高层结构构件抗震性能分析若干问题探讨

针对超限高层结构设计中构件抗震性能分析存在若干问题进行探讨.对底部加强区主要墙肢和扭转变形较大的竖向构件,常规的加强方法是提高其承载力,但会造成结构的耗能能力降低,反而对抗震不利.根据其作为结构第一道防线的耗能特点,提出了通过提高其延性的方式进行加强.对弱连接楼板损坏情况,常规的构件加强方式是使其满足设防地震作用下不屈服要求,但在罕遇地震作用下该处的构件损坏较严重.说明弱连接楼板仅满足设防地震作用下的不屈服要求不能有效保证结构平面的完整性.建议将弱连接处的楼板和框架梁定义为关键构件,以及在罕遇地震作用下楼板满足抗拉不屈服和抗剪截面验算.     

某超高层双塔建筑结构的抗震性能化设计

本工程为一栋超B级高度的双塔建筑结构,采用钢筋混凝土框架-核心筒的抗侧力结构体系,根据本工程的抗震设防类别、设防烈度、结构类型、超限情况和不规则性,按照《高规》第3.11节的相关内容,设定本工程结构的抗震性能目标为C级。采用YJK,ETABS软件对结构进行多遇地震作用和风荷载作用下的弹性计算,并对结构进行设防烈度作用下的等效弹性分析,另外采用PERFORM-3D对结构进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,进行详细的抗震性能评估。分析结果表明:本工程的结构体系是可行且有效的,外框架和内部核心筒协同工作良好,结构各项指标都满足规范要求;关键构件和普通竖向构件可以实现中震抗剪弹性、抗弯不屈服,结构具有良好的承载和变能能力;在罕遇地震作用下,主体结构的最大层间位移角满足规范要求,结构设计满足预先设定的抗震性能目标。     

型钢混凝土框架—混凝土核心筒结构抗震性能分析

采用Etabs软件,以某型钢混凝土框架-混凝土核心筒结构为研究对象,建立整体空间有限元模型进行模态、振型分解反应谱法及弹性时程分析;并采用midas/gen软件对该高层结构进行设防烈度及罕遇地震下的静力弹塑性时程分析。分析该建筑结构在多遇及罕遇地震作用下的地震反应,并验算了该高层建筑在多遇地震下的弹性变形及罕遇地震作用下结构的弹塑性变形。结果表明该结构满足抗震规范要求。     

深圳金港大厦非对称多塔楼连体结构设计与分析

深圳金港大厦工程是建造在7度抗震设防烈度区的大底盘、多塔楼、多重连体的多项"超限"工程。通过对连接体与塔楼的连接方式(强连接、弱连接)进行对比分析,并根据项目的特点,最终确定强连接为最佳连接方式。采用基于性能设计的抗震方法,对连体结构中重要构件,如连接体钢构件、节点及与连接体相连的竖向构件抗震性能目标定为设防烈度地震作用弹性、罕遇地震作用不屈服;底部加强区剪力墙抗震性能目标定为设防烈度地震作用受剪弹性、受弯不屈服;应用SATWE、MIDAS及ABAQUS等有限元分析软件,对结构在多遇地震、设防烈度地震和罕遇地震作用下进行计算分析。结果表明:整体模型各项指标满足规范要求,能够实现设定的抗震性能目标。     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.     

海口美兰国际机场T2航站楼跨层隔震设计研究

海口美兰国际机场T2航站楼场地设防烈度为8度(0.30g),属于高烈度区,同时建筑功能决定其属于人流密集的大型公共建筑,抗震设防类别为重点设防类。项目首次采用跨层设置隔震层的隔震方案,隔震层采用普通橡胶支座、铅芯橡胶支座及弹性滑板支座组合,通过隔震相关的计算分析及验算,设防地震作用时隔震后上部结构楼层剪力及楼层加速度降低至非隔震时的35%以下,达到隔震层上部的混凝土框架及屋盖钢结构支承结构满足降低设防烈度一度设计的相关要求。同时对跨层位置的竖向构件进行罕遇地震的变形及承载力验算,确保竖向构件满足抗剪弹性、抗弯不屈服的承载力要求,确保跨层隔震的隔震效果及相关构件的性能满足设计预期。     

BRB钢筋混凝土框架结构罕遇、极罕遇地震弹塑性分析

屈曲约束支撑是一种新型的耗能支撑。安装屈曲约束支撑(BRB)的框架结构可以减少设计配筋,增加结构抗侧刚度,那么按多遇地震设计后能否满足"大震不倒"的抗震设防要求自然成为研究者关注的问题。本文采用有限元模拟的方法对比分析安装BRB和不安装BRB的混凝土框架结构在罕遇地震、极罕遇地震下的抗震性能,具体体现在结构在罕遇地震下的层间变形和结构耗能。选取某5层框架结构按8度抗震设防设计,并进行罕遇地震和极罕遇地震弹塑性分析,结果表明框架结构在罕遇地震作用下层间位移角还满足规范限值要求,但在极罕遇地震作用下层间位移角已大于1/50。BRB框架结构在罕遇、极罕遇地震作用下层间位移角均小于1/50,且相比框架结构层间位移角显著减小,结构的滞回曲线更加饱满,说明BRB结构的耗能能力相对较好。     

基于能量平衡的含减震外挂墙板钢筋混凝土框架结构的设计方法研究

含减震外挂墙板钢筋混凝土框架结构在墙板与主体结构间引入U形钢板消能器,可有效利用两者间的相对水平变形耗散地震能量,从而提高结构的抗震性能。该新型结构通过合理的性能化设计,可以使得作为预期损伤部位的U型钢板消能器和框架梁、柱端塑性铰在设防烈度地震和罕遇地震下先后屈服耗散地震能量,使主体结构在设防烈度地震下保持弹性,罕遇地震下保持低损伤,从而具有良好的韧性。在已有研究的基础上,提出了适用于该种结构的基于能量平衡的实用抗震设计方法。采用该方法,设计了一栋8层含减震外挂墙板钢筋混凝土框架结构,并对其进行设防烈度地震和罕遇地震下的弹塑性时程分析。结果表明:所设计结构能够实现不同水准地震作用下的预期性能目标,该设计方法具有合理性和可行性。     

郑东商业中心连体超限结构工程设计与分析

结合郑东商业中心复杂连体超限高层结构,应用SATWE,YJKS,MIDAS Building等多种软件对结构进行多遇地震、设防烈度地震及罕遇地震作用下的结构计算分析,并进行结构在弹塑性阶段的静力弹塑性分析,了解结构的整体性能和动力特性。针对结构特点,选用了合理的结构抗震性能目标。经过对结构设防烈度地震及罕遇地震作用的计算,结构性能状况满足结构抗震性能目标的要求。     

多层框架结构数值模拟分析

基于有限元原理,对多层框架结构进行动力弹塑性时程分析,通过YJK软件,对结构在两条天然波和一条人工波作用下进行模拟验算。文章采用动力弹塑性时程分析方法评估某多层结构在罕遇地震作用下的抗震性能,了解其动力特性和破坏特征,并得到了建筑结构塑性铰出现的位置。经验算该结构在多遇地震弹性计算下其抗震承载力满足规范要求,但在罕遇地震的弹塑性分析下并不能满足规范要求,达不到"大震不倒"的抗震设防目标。通过对结构形式优化,采用正确的分析路线、合理的结构布置和适当的技术措施,使其抗震性能可以满足规范要求。     

BRB在既有单跨多层混凝土框架结构加固设计中的应用

采用防屈曲支撑对某单跨多层混凝土框架结构进行了抗震加固,使用有限元分析软件SAP 2000对结构加固效果进行了验证,且对结构在多遇地震作用下的抗震性能进行了分析,对比了加固前后结构的侧向位移、层间位移角及周期比。以OpenSees有限元分析软件建立了加固框架的有限元分析模型,从美国太平洋工程研究中心(PEER)选取10条地震动记录调至设防烈度和罕遇地震水平进行了动力时程分析。结果表明:对单跨多层混凝土框架结构采用防屈曲支撑进行抗震加固,可以明显提高结构的刚度、耗能能力,有效地减小结构动力响应,降低震后加固修复费用;布置BRB后明显改善了结构抗震性能,在设防烈度水平可以有效避免结构构件的轻微损伤及非结构构件的破坏,而在罕遇地震水平不仅避免了结构层间位移角超过弹塑性层间位移角限值2.0%,而且有效避免了结构的薄弱层破坏。     

中国乒乓球博物馆抗震性能研究

中国乒乓球博物馆上部结构采用钢结构框架体系,属于特别不规则的多层建筑结构。建筑物外边线设置有跨度约42m的大跨度弧形桁架,并在桁架下设置圆钢吊杆下挂楼板。利用有限元软件PERFORM-3D对该结构进行弹塑性时程分析,对结构的抗震性能进行了评估分析。结果表明,在罕遇地震作用下,该复杂钢结构没有较大侧向变形;竖向抗侧力构件及关键构件均在弹性变形之内;框架梁大部分进入了屈服阶段。综合以上分析,拟建博物馆工程在给定地震波的罕遇地震作用下整体受力性能满足设计要求。     

钢筋混凝土框架结构教学建筑抗倒塌性能研究

三柱式(大小跨)单廊教学建筑以其良好的自然通风、采光性能,应用广泛。该类结构侧向刚度小,罕遇地震作用下抗倒塌性能差,应采取可靠工程措施改善其抗倒塌性能。本文结合某些中学教学楼的抗震设计工程实践,简要介绍改善三柱式钢筋混凝土框架结构在罕遇地震作用下抗倒塌性能的工程措施。在高烈度地震区,采用钢筋混凝土框架——钢支撑结构,或钢筋混凝土框架-抗震墙结构,可改善其抗倒塌性能。由于教学建筑抗倒塌性能的重要性和该类结构的特殊性,在设计的过程中,除了按现行建筑抗震设计规范要求满足结构的承载力和极限能力之外,用基于性能评估的Pushover方法对结构在设防烈度的罕遇地震作用下的性能进行分析和评估,以实现大震不倒的抗震设计目标。     

某斜框架-剪力墙结构设计

襄阳行政中心主楼共12层,结构高度48.1m,采用框架-剪力墙结构体系。结合建筑立面形态和平面布局,外围两排框架采用了斜框架结构,其中中庭开洞周边为单跨框架。介绍了斜框架结构的设计重点和对整体结构的影响,基于抗震性能化设计方法,进行了多遇地震作用下的弹性分析、设防烈度地震作用下关键构件的性能分析和罕遇地震下的弹塑性分析。由于结构超长,设计时考虑了温度效应的影响。分析结果表明,结构能够达到预期的设计目标。     

地震作用下侧移验算对比及弹塑性侧移计算公式(1)

中日欧美4个国家和地区的规范和设计建议中对地震作用下侧移的验算规定进行总结,经比较发现,各国的规定有4个不同层次的侧移验算,分别是:重现期为8～95年的使用极限状态验算、地震作用标准值、设防烈度地震和罕遇地震下的侧移验算四种,各国之间差别非常大,限制侧移出发点有:不影响设备的使用、限制围护材料的破坏、限制混凝土构件开裂和设防烈度地震或罕遇地震下不倒等等,其中,中国的最为严格,罕遇地震下侧移验算只有中国才要求。