某地仿古高层建筑的结构设计

以位于7度抗震设防区内的某仿古高层建筑为工程背景,介绍了拥有大型坡屋面的仿古高层建筑项目的特点以及在设计中遇到的重、难点问题。该建筑因建筑造型要求导致结构具有大开洞、跃层柱、体型收进、刚度不连续等抗震不利的特点,该项目采用了YJK结构设计软件进行设计分析,采用合并标准层的设计方法来避免软件出现不合理的薄弱层判定;采用弹性时程分析来补充计算结构顶层因抽柱形成空旷房间的情况。计算结果表明,该项目结构设计合理,经济安全。文中列举了计算结果,分析阐述了针对设计中遇到的重、难点问题的处理方法,如何在设计中调整各设计参数以避免结构被判定为超限建筑,从而实现缩短设计周期并满足现行结构设计技术规范的要求,并对同类型项目提出了设计建议。

非均匀质量高层结构风振基底剪力计算研究

针对荷载规范中顺风向等效静力风荷载计算公式难以准确评估非均匀质量的高层结构基底剪力,提出竖向空间相关性折算系数η_(z)和质量转换系数m_(cn),分别考虑了多自由度体系与无限自由度体系两者竖向空间相关性的差异和质量非均匀分布对基底剪力的影响,对规范方法进行改进,结合两个算例进行验证;同时分析振型系数、建筑高度和地貌类型对η_(z)的影响.研究表明:竖向空间相关性折算系数η_(z)能反映多自由度体系与无限自由度体系两者竖向空间相关性的差异对基底剪力的影响,算例考虑该影响与否的误差分别为1.2%和2.8%;质量转换系数m_(cn)能反映质量非均匀分布对基底剪力的影响,算例考虑该影响与否的误差为小于5%和等于28.5%;两系数结合规范方法可准确计算非均匀质量高层结构风振基底剪力.η_(z)随着地面粗糙度增加和建筑高度增加而增大,随着指数型振型系数的指数增大而减小;η_(z)参数分析的最小值为0.922,误差可达5%以上;当设计不考虑多自由度体系和无限自由度体系两者竖向空间相关性的差异对基底剪力的影响时,按多自由度体系计算是偏于安全的.针对不同工程,质量转换系数m_(cn)取值需根据具体楼层质量与振型系数计算确定.

某核心筒收进水瓶型超高层结构设计关键问题研究

某超高层建筑位于武汉市汉阳区一线滨江区域,整体造型为下大上小逐渐收分的水瓶型,主体结构高度249m,屋面上设51m高塔冠,地上建筑总高度300m。建筑师要求外框柱贴幕墙边布置,导致塔楼大部分柱均为斜柱,在竖向荷载作用下将对楼面体系产生水平分力,设计中通过在楼面梁设置抗拉钢筋及型钢承担水平拉力。核心筒墙体在17、43层进行了转换收进,通过合理的分析及措施,确保了墙体传力路径的合理性。对主体结构进行了风洞试验并进行了相关论证,减小了设计风荷载,节约了结构造价。对结构进行了施工模拟、收缩徐变分析、墙体有限元分析及塔冠分析,结果表明结构设计安全合理。

基于倒塌延性的输电塔地震抗倒塌设计方法

调整结构抗侧刚度是提高地震下结构抗倒塌能力的常用方法,目前该方法多应用于建筑结构,而没有关于输电塔的抗倒塌研究。针对此问题,首先,依托实际输电线路工程,基于ABAQUS软件建立了输电塔有限元模型,采用静力推覆分析(Pushover)和增量动力分析(incremental dynamic analysis,简称IDA)方法,获得了输电塔倒塌延性;其次,针对输电塔薄弱节间,提出了一种以杆件内外径之比为影响参数的输电塔地震抗倒塌优化设计方法;最后,通过有限元分析对优化效果进行了验证。结果表明,该优化方法能有效提高输电塔抗倒塌性能,优化后的输电塔薄弱节间抗震性能最高可达70%,非薄弱节间优化效果在10%左右,可为输电塔抗震设计提供指导。

高烈度区框-筒结构组合减隔震抗震性能研究

随着社会经济发展,我国高层建筑数量与日俱增,减震、隔震技术逐渐在高层结构中应用,并且提出了减震、隔震装置联合使用的新型组合减隔震技术。本文为研究高层组合减隔震结构中阻尼器布置位置对隔震效果的影响,针对高烈度区某框架-核心筒结构采取传统抗震、隔震、隔震-隔震层减震和隔震-非隔震层减震4种抗震方案,并选取7条地震波,通过Perform-3D软件对其分别进行罕遇地震和极罕遇地震下的弹塑性时程分析。对比结构宏观指标发现:相比隔震结构,组合减隔震结构能有效降低地震响应;黏滞阻尼器设置在非隔震层的组合减隔震结构抗震效果最佳,提高了结构安全度。

高层六边形网筒结构变形转角计算方法

为了探究高层六边形网筒结构可靠变形转角对该类结构抗震设计的影响,文中在高层六边形网筒结构主要受力构件基本构成的基础上,提出了一种该类结构变形转角简化计算方法。通过考虑结构弯曲变形和剪切变形的影响,给出了典型六边形细胞单元剪切、弯曲刚度简化计算式,建立了六边形网筒结构子模块的变形转角和腹板角部斜柱轴向应变之间关系。构建一个48层四种不同角度的六边形网筒结构有限元计算模型,在不同荷载作用下进行了结构静力弹性分析。研究结果表明:在33.69°,53.13°,63.43°和69.44°斜柱角度影响下本文所提结构变形转角简化计算结果与有限元模型分析结果误差分别为6%,3%,0.08%和13%;在侧向均布荷载、倒三角形荷载和顶点集中荷载模式下二者误差分别为4%,2%和6%。这说明文中提出的不同斜柱角度和侧向荷载作用下结构子模块变形转角计算方法可行,以期为高层建筑六边形网筒结构抗震设计提供参考。

出版大厦框架-双核心筒结构设计及关键问题研究

出版大厦为框架-双核心筒结构体系,采用YJK、ETABS软件对主体结构进行整体计算对比分析。为了满足建筑功能,针对结构的局部转换提出了3种解决方案,并分别通过有限元软件ABAQUS进行转换区3层框架力学性能分析。结果表明:结构在风荷载或地震作用下,主体结构不仅具有很好的抗震性能,而且能满足较好的经济性;局部转换最终采取斜柱转换方案;斜柱转换在竖向荷载的作用下,受力更加均匀,减少了结构节点区域的应力集中现象;在竖向荷载和水平荷载的共同作用下,由于斜柱对框支柱的支撑作用,转换结构的压应力区域由框支柱与水平梁连接处转移到斜柱与框支柱连接处,使整体性更加稳定,为项目结构设计方案选择决策提供参考。

高耸结构调谐质量阻尼器附加有效阻尼比的计算方法研究

为研究高耸结构TMD附加有效阻尼比计算方法的适用性,建立了设置TMD和不设置TMD的某高耸结构ETABS模型,采用规范法、时变法、自由衰减法分别计算了TMD的附加有效阻尼比,并开展了振动台试验,根据试验结果得到了TMD的附加有效阻尼比。研究结果表明:评估高耸结构TMD的附加有效阻尼比时,计算方法可以采用时变法、自由衰减法;振动台试验法得到的附加有效阻尼比较为可靠,建议开展振动台试验进行验证。

环境激励下高层建筑结构模态测试与有限元建模分析

对高层建筑在环境激励下现场实测以及随机振动分析,所获得的频率和振型等模态信息对于高层建筑结构的动力性能评估和抗震设计有着重要的意义。介绍广西来宾的高层建筑动力测试项目,对8栋高层建筑结构进行系统地随机振动信号测试,通过互相关函数分析和傅里叶变换从而得到结构的互功率谱,利用设置参考点进行分步试验获得结构的工作模态,从而获得结构振动的自振频率等重要参数。在PKPM软件和Sap2000软件中建立高层建筑有限元模型从而来获得结构振动的计算频率和振型。为了研究填充墙的刚度和质量对高层结构动力特性的影响,在Sap2000软件中特别建立三种有限元模型。通过研究发现测试所得到的结构的基频为常用设计软件PKPM计算基频值的2倍以上,另外合理地选用壳单元模拟剪力墙刚度并考虑填充墙质量作用于梁上能较准确地估计结构实测模态值。最后将本次对8栋高层结构测试所得到的基频与5个国家基本周期的经验公式估计值进行对比分析。

基于OpenSEES的剪力墙低周往复试验的数值分析

为了解不同构造剪力墙的抗震性能,以广州花园酒店的框支剪力墙结构为研究对象,对不同配筋与构造的剪力墙进行了低周往复试验,并采用多竖向弹簧单元(MVLEM),通过二次开发编制了基于OpenSEES的剪力墙结构分析程序SWNA,通过SWNA对剪力墙结构进行低周往复试验数值模拟.结果表明:该数值方法能够较好地从宏观上模拟剪力墙的弹塑性行为,包括中和轴移动、剪切变形、局部塑性状态及破坏机制等;MVLEM单元可以通过比较少的自由度模拟剪力墙结构,比微观单元节省大量计算时间,适用于高层建筑结构的整体弹塑性分析及基于性能的抗震评定.

木结构半刚性结点的数值模拟

榫、卯单元的部位既不是刚结点,也不是铰结点,而是具有半刚性节点性质的单元.为了准确地逼近这种半刚性的榫卯连接刚度,本文总结了木结构半刚性单元研究进展,建立了便于分析计算的榫、卯有限元模型,利用MSC有限元分析软件得到数值计算结果与十字形试验结果模型相比对,采用响应面方法和优化迭代方法得到榫、卯半刚性单元的参数值.该分析方法和结果可应用于大型木结构整体分析中.

带加强层框架-核心筒结构中单伸臂桁架刚度比的合理取值

推导带加强层框架-核心筒结构顶层位移的简化计算公式,提取影响结构顶层位移的刚度比特征参数:伸臂弯曲刚度比i、伸臂剪切刚度比g、外框架柱弯曲刚度比p。采用ETABS软件建立一253.2 m超高层结构模型,研究水平均布荷载和地震作用下结构的侧移、内力与i、g、p的相互关系。研究结果表明,采用刚度比特征参数i、g、p对结构侧向刚度进行优化是合理可行的,p对结构侧向刚度影响最大,其次是g,最小是i,其中i的取值不宜超过0.6,g的取值宜控制在0.9～3.5区段之间,p的取值宜控制在1.3～4.6区段之间。

长周期地震动作用下高层框架结构的损伤分析

为了研究长周期地震动作用下高层框架结构的抗震性能,利用地震损伤评估体系对高层结构进行损伤分析.在分析总结结构地震损伤模型的基础上,以一幢12层混凝土框架结构建筑为研究对象,利用振动台试验结果,采用数值模拟方法,从结构整体损伤和材料损伤2个层次进行了长周期地震动作用下高层框架结构的损伤分析,并与普通地震动作用下的结果进行了比较研究.结果表明:长周期地震动作用下结构的整体损伤指标明显大于普通地震动作用的结果,且混凝土损伤分布范围更广,为高层结构基于性能的抗震设计提供了参考.

巨型钢框架预应力复合支撑体系性能初探

为研究悬挂式巨型钢框架-预应力复合支撑体系的结构性能,基于工程实际,建立该体系的三维空间模型,运用非线性有限元方法对该结构进行了竖载静力分析、风载静力分析、模态分析以及地震动时程分析,结果表明,新型复合支撑有效改善了巨型梁的竖载受力性能;水平荷载作用下体系侧移曲线总体呈弯曲型,层间侧移曲线则呈现周期性变化;体系存在密集模态成组及特征相似模态成对现象;附加阻尼有效降低了体系地震动反应,还有效克服了悬挂端位移太大的问题。

预应力巨型支撑—钢框架结构初始预拉力取值准则

目的研究新型结构形式——预应力巨型支撑-钢框架结构体系的工作机理,获得其初始预拉力取值准则.方法采用SAP2000建立典型算例,逐步增大初始预拉力,模拟了预应力巨型支撑参与工作的整个过程,并进行理论分析.结果预应力巨型支撑可以使结构整体产生与外部水平作用相反方向的侧移,从而减小结构的整体侧移,提高结构抗侧刚度;特定方向的外部作用下受压预应力巨型支撑对提高结构抗侧刚度起反作用,但实际工程中外部作用方向不定,应设置x型支撑.结论初始预拉力以在外部作用下受压预应力巨型支撑剩余拉力接近零为准则.

四边形筒式钢构架立体停车结构的横隔设置研究

提出在垂直升降型立体车库承重骨架的四边形筒式钢构架结构中设置一定间距的横隔,形成带横隔的立体停车结构,以提高结构的整体性。利用有限元软件SAP2000建立了结构分析模型,通过对不同横隔设置方案的结构静力性能,即中间框架的侧移和内力分布、停车区间和提升井变形的比较,探讨了横隔对结构性能的影响及横隔设置的最佳方案。结果表明:设置横隔能加强结构整体性,有效保证中间框架与边框架的同步侧移且显著减小中间框架侧移,结构停车区间和提升井的变形得到有效控制,利于车辆停放及设备的运行,同时柱内力突变相对缓和;综合考虑制作成本及结构性能情况,间隔3层设置横隔为最佳方案。

深圳平安金融中心施工监测与模拟研究

以在建的深圳平安金融中心为工程背景,进行了施工阶段的健康监测与施工全过程模拟研究。施工阶段健康监测以结构的竖向变形、关键部位应力以及荷载监测为主,施工全过程模拟根据实际施工进度并考虑材料的时变效应对结构进行有限元建模分析。结果表明:核心筒的累计竖向变形大于巨柱,累计竖向变形与所处施工阶段和结构高度有关,施工压缩预调方法可以有效补偿结构的累计竖向变形;结构应力随着施工的进度而均匀变化,上部结构每施工1层,核心筒压应力约增加0.09MPa,巨柱压应力约增加0.11MPa;在实测荷载作用下,结构层间位移角满足规范要求,结构在施工阶段是安全稳定的;模拟分析结果与实测数据吻合较好,可为类似工程提供参考。

超高层建筑结构竖向地震响应的谱单元分析

为研究脉冲型强震中的竖向分量对超高层建筑结构动力响应的影响,针对常见的框架——核心筒体系,应用谱单元分析其简化的主结构体系模型在脉冲型强震竖向分量作用下的波动效应,并与基于振动力学的动力时程分析结果进行比较.为反映结构体系中巨型水平联系构件中剪切变形的影响,推导了考虑剪切变形的Timoshenko梁谱单元,竖向构件的轴向反应则用谱单元中的杆单元来模拟,在分析中通过对波动方程的修正来反映地震波传播的时延性.算例分析结果表明:在脉冲型强震竖向分量作用下,竖向构件的轴力波动较为明显,内部核心筒与外部巨型柱的相对错动效应显著,横向构件剪切问题不容忽视,此类损伤与后继水平地震分量作用的非线性耦合效应更须注意.

超高层建筑结构抗风性能研究

针对按规范公式计算得到的超高层建筑结构风致振动不尽合理的问题,以西安环球贸易中心超高层建筑为工程背景,首先通过风洞试验测得各楼层的风荷载,再利用ANSYS参数化设计语言编制了能够精确求解超高层建筑风振系数及等效静风荷载的程序,进而对超高层建筑的抗风性能进行研究。结果表明:当风向角接近90°时,结构中部出现了极值位移风振系数,且其迎风面顺风向的变形和内力都达到了最大值,横风向的变形和内力则最小;当风向角为20°~70°时,位移风振系数随着楼层的增高而增加,其峰值出现在顶层;随着风向角的变化,结构扭转加速度峰值在各区间都是先减小后增大,特别是风向角呈45°左右时,结构扭转变形和基底扭矩达到了最大值;提出的将风洞试验与有限元分析相结合的新方法可为同类工程的抗风设计提供参考。

基于BIM的Midas Gen钢结构有限元分析

目前,BIM模型参与有限元分析的实际案例相对较少,因此,急需解决通过结合BIM和有限元分析进行应用的问题。本文主要基于BIM和Midas Gen对钢结构设计安全性能进行有限元分析研究,首先,通过对本工程钢结构的材料进行构件属性定义;其次,使用BIM软件Revit将兼职建筑信息模型导入Midas Gen,根据实际工程条件定义设计参数,并说明结构的荷载定义及边界条件;再次,通过有限元软件Midas Gen分别对钢结构进行静力分析和动力分析,获取结构的应力和变形结果;最后,得出结构最大应力为192.4 MPa,最大位移数值为14.8 mm,均满足规范要求。