对《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》(CECS230∶2008)中几个问题的探讨

《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》(CECS 230∶2008)的颁布对我国高层混合结构的设计有着重要的意义,使目前的设计工作可以有章可循。本文参考此规程完成了一钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构的设计工作,并在设计过程中与以往的其它规程进行了比较,发现外框剪力调整方法、偏心率、钢管混凝土柱的抗弯承载力计算方法、承载力抗震调整系数、结构阻尼比等均存在商榷之处,在此提出,希望能够为这本规程的应用起到推动作用。

高层钢板剪力墙结构底部加强层抗震性能分析

采用非线性有限元软件Msc.Marc对高层钢管混凝土组合框架-钢板剪力墙结构底部四层两跨未加劲薄钢板墙模型进行了推覆分析与滞回分析。计算结果表明,组合钢板剪力墙结构具有良好的延性及稳定的滞回性能,结构进入弹塑性阶段后钢板墙的拉力带方向与CAN/CSA S16-01(2001)推荐公式吻合良好。根据分析结果,比较了不同分析类型及不同钢板墙厚度的影响。研究发现,考虑钢材强化及包辛格效应后,结构滞回分析的极限承载力将小于推覆分析的极限承载力;随着钢板墙厚度的增大,结构的弹塑性屈曲模态由局部屈曲向整体屈曲过渡;在罕遇地震作用下,钢板墙结构的底层边缘约束柱将产生较大的轴拉力,甚至被拉断而导致结构整体破坏。

框架-核心筒组合结构体系在选型中的刚度规律

根据外围框架柱与核心筒间框架连梁的不同连接方式可划分为4种不同类型结构,对这4种不同类型的结构抗侧刚度进行了解析和归纳,对其基本周期、框架剪力、核心筒基底弯矩分别进行了对比,给出了各力学特性指标的相对关系计算公式,通过实际工程的反应谱分析进行了验证。将这4种结构类型与带加强层的框架-核心筒结构类型进行类比,提出了5种类型的框架-核心筒组合结构体系的统一刚度特性参数,并给出了合理的取值范围。在上述分析基础上,通过实际工程算例重点讨论了组合楼盖的组合作用和加强方式对结构体系刚度的影响。所得的刚度规律可用于高层结构初步设计阶段的结构选型。

承重轻砌块开洞墙体抗震性能的研究

利用有限元软件ANSYS对蒸压加气混凝土承重砌块开洞墙体的低周反复水平荷载试验进行了模拟分析。比较了此类墙体的水平配筋方案和混凝土配筋条带方案的抗震性能;最后,提出了在不同的竖向正应力下适合于此类开洞墙的配筋方式。

蒸压砂加气混凝土承重墙抗震性能研究

利用有限元软件ANSYS对无筋蒸压砂加气混凝土承重砌块墙体(素墙体)的伪静力试验进行模拟分析,探讨了墙体破坏特征;进一步详细研究了采取构造增强措施后的配筋蒸压砂加气混凝土砌块承重墙体的结构抗震特性。研究表明采取适当的构造增强措施,蒸压砂加气混凝土承重砌体有良好的抗震性能。

合成纤维改善钢筋混凝土板受弯性能的试验研究

通过掺有合成纤维钢筋混凝土板的受弯性能试验,对不同纤维掺量的钢筋混凝土板的受力和变形性能进行了比较分析,分析认为在正常使用荷载水平下,合成纤维能有效改善混凝土板的开裂形态,增强其变形能力.

超限高层结构中小偏心受拉混凝土(组合)框架柱名义拉应力控制方法研究

从钢筋或型钢与混凝土间的界面性能、中震可修验算方法、受剪计算模式、可能的破坏模式、构件延性、截面设计等方面研究了超限高层结构中小偏心受拉混凝土(组合)框架柱名义组合应力的控制方法和标准。结果表明:型钢对界面粘结的需求较钢筋低,会较早地参与工作从而减小混凝土部分的拉应力水平;由《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)方法计算所得名义拉应力限值对应着混凝土充分开裂而退出工作这一物理状态,属于正常使用极限状态的验算范畴;本文建议的名义组合应力方法适用于中震可修或偶遇风压下的可修验算,名义拉应力控制方法或名义剪应力控制方法均为这种方法的特例,名义拉应力和名义剪应力限值在非地震工况下分别可取2.5f_(tk)和0.5f_(tk),在地震工况下分别可取2f_(tk)和0.4f_(tk),当所受剪力较小时可直接采用名义拉应力控制方法;当名义拉应力达到上述限值时,宜考虑纵筋直接受剪的破坏模式,当超过上述限值时,属于承载能力极限状态验算范畴,宜计算钢筋或钢板的组合应力,同时应考虑稳定性验算。最后,以一实际工程为例,验证了本文建议方法和限值的可行性。

Experimental Study on the Mechanical Behavior of Synthetic Fiber Reinforced Concrete

Based on a series of tests and engineering examples, a study on the mechanical behavior of synthetic fiber reinforced concrete is presented. As a result, when fiber content varies from 0.03% to 0.14%, though the synthetic fiber has more influence on low strength-grade concrete than on high strength-grade concrete, it makes little difference to the mechanical behavior of concrete in general. Test results and applications in construction show that the synthetic fiber can enhance the energy-absorbing capacity and deformation performance of concrete effectively.

钢管混凝土框架-混凝土核心筒混合结构弹塑性分析

某钢管混凝土框架-混凝土核心筒混合结构为超限高层结构,设计中采用了性能化设计思想,对不同类别构件进行了不同设防水准的分析及验算。为了评估结构在大震下的抗震性能,探讨当前设计方法与抗震性能目标间的对应关系,利用CANNY09对此结构进行了整体弹塑性分析,对设计结果进行了校核。结果表明,目前所采用的中震或大震设计方法能有效增加结构的抗震可靠性,但是尚存在不同类别构件设计结果与设防目标不协调的问题,主要原因包括弹性阶段位移指标的选取、不同烈度水平下分析模型的适用性以及静力与动力分析的差别等,对这些原因进行了讨论并给出了处理建议,可供相关设计参考。

加气混凝土砌块墙抗震剪切强度计算公式的研究

利用有限元软件ANSYS对无筋加气混凝土砌块墙的伪静力试验进行了模拟分析,并同已有的试验数据进行了比较。据此讨论了此类砌体特有的破坏特点,将其破坏划分为受拉破坏和受压破坏两种形式,并讨论了高宽比的影响;最后提出了适合于此类砌体的抗震抗剪强度公式。

在抗震设计中带加强层框架-核心筒混合结构合理刚度的评价

带加强层的框架-核心筒混合结构广泛用于超高层建筑,在高烈度地区的抗震设计中,加强层刚度的选择对结构位移和相关构件的承载力有显著影响,这也成为性能化设计中的重点,一般要通过多次调整试算才能达到合适的状态。为了减少反复调整的工作量,在设计中寻找一种简单可行的刚度评估方法,以弹性阶段刚度解析为基础,结合对位移的控制,讨论各组成部分之间的刚度协调关系,得出了这种结构的刚度评估方法和刚度参数的合理取值范围。最后,以8度区某实际的带加强层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构为例,应用上述方法对此结构进行了调整优化,经弹性和动力弹塑性分析及振动台试验表明,调整后的结构更趋于合理状态。

框架-核心筒结构的框架内力调整方法对比研究

在框架-核心筒结构的抗震设计中,作为二道防线的外框架部分,需要对其内力进行调整,但我国相关标准在调整方法和调整要求上存在差别,使得设计具有一定程度的不确定性。基于对我国JGJ 3—2010、CECS 230:2008和美国IBC 2000等标准规定的分析和解读,分别从适用范围、调整对象、双重抗侧力体系划分、框架合理刚度、内力重分布等5个方面,对比分析基于基底剪力或最大框架楼层剪力调整方法和基于楼层剪力调整方法的不同。以一实际结构为例,通过弹塑性分析和振动台试验研究了不同调整方法对各部分设计的影响。结果表明:可采用外框架和核心筒承担的剪力比例或者整体刚度分析方法来界定其是否为双重抗侧力体系;外框架与核心筒互为二道防线,在设计时,需对其承载力和刚度协调匹配,对承载力可采用基于楼层剪力的调整方法,调整对象除剪力和弯矩外也应包括轴力,两者的最小分担比例之和为100%,框架最小和最大分担比例分别为20%和80%,对于两者间的刚度匹配关系,可采用广义刚度特征值和刚度比参数来评价,其合理取值范围分别为1~3和0.2~0.9。

钢板混凝土剪力墙抗剪栓钉设计方法研究

钢板混凝土剪力墙广泛用于超高层混合结构,钢板与混凝土之间的组合作用,使其有着高的承载力、良好的刚度和延性,钢板与混凝土之间抗剪连接件设计是实现这种组合作用的关键保障,目前设计标准中尚未有针对这种平面构件连接件的定量计算方法。在总结相关标准及文献的基础上,根据钢板混凝土剪力墙的受力特点,提出了钢板与混凝土的正截面和斜截面的界面剪力的计算方法,进而得到总界面剪力,据此来计算连接件(栓钉)的需求量,在界面上分区布置;探讨了栓钉布置方式和钢板局部稳定性对栓钉间距的影响,发现梅花形布置能适当增加栓钉间距,给出了不同布置方式并考虑钢板局部稳定时栓钉间距与钢板厚度比的最大值。最后,以一实际混合结构工程为例,探讨了上述方法的适用性,可供设计参考。

基于静态化处理的结构动静力混合分析研究与应用

动静力混合分析是评价和预测结构震后破损状态的方法之一,由动力分析转向静力分析时,需要对结构的动力状态进行静态化处理,消除外部动力作用、阻尼力、惯性力及恢复力,保留退化后的刚度、已有变形和各种损伤。在现有动静力混合分析方法基础上,提出将地震动记录终止点置零、增加自由振动段消除阻尼力和惯性力、施加等效荷载消除恢复力三项改进措施,自由振动段采用有阻尼的自由振动方法估算持时,等效荷载输入时调整动、静力数据格式和分析步长,基于CANNY程序通过编程来实现上述过程。所提方法可用于结构震后破损评价、震后鉴定与加固、试验模拟、性能化设计及健康监测等领域,其评价标准建议考虑性能目标及结构部位的不同。最后,以一实际震后结构为例,探讨了改进方法在实际工程中应用的可行性,其分析和评价结果与实际吻合。

钢-混凝土组合结构体系研究新进展

以钢-混凝土组合框架结构和框架-核心筒混合结构为对象,综述了在钢-混凝土组合结构体系方面的一些研究新进展。针对组合框架中楼盖的空间组合作用进行了试验研究,发展了三种组合结构地震反应分析模型,重点讨论了在杆系模型中考虑楼盖空间组合作用的方法,从而实现组合框架结构体系的大规模计算。通过刚度解析和数值分析,对框架-核心筒混合结构体系中框架与核心筒的刚度匹配、位移限值指标的取值进行探讨,并对不同混合结构体系的位移特性、失效模式以及安全性能进行对比,为框架-核心筒混合结构的体系优化提供参考。最后,对组合结构体系的研究进行了展望,建议进一步完善组合结构体系的计算手段及其优化指标。

大震下高层型钢混凝土结构弹塑性分析

为研究钢-混凝土高层混合结构在大震下的抗震性能,对某实际型钢-混凝土高层建筑进行了动力弹塑性分析。运用三维有限元分析程序CANNY06,得出了结构在大震下的内力和变形规律,并与静力弹塑性分析结果进行对比。研究推覆分析是否适用于评价混合结构的抗震性能。研究钢-混凝土组合楼盖在大震下的工作性。结果表明:静力推覆分析不一定能满足“大震不倒”的抗震设防要求;当结构高宽比大于3时,组合楼盖在弹塑性阶段仍可按刚性楼盖考虑,而且高宽比越大,简化带来的误差越小。

蒸压加气混凝土砌块住宅结构体系的应用研究

砌体结构作为我国传统的建筑形式,在住宅建筑中仍占有十分重要的位置。蒸压加气混凝土砌块作为一种替代粘土砖的新型墙体材料,长期以来一直主要用于各类建筑的围护和填充结构中。本文从强度和使用功能方面,结合算例分析,对蒸压加气混凝土承重砌块住宅结构体系的应用进行了探讨。

高层钢筋混凝土框架-核心筒结构抗震安全评价

为了对高层钢筋混凝土框架-核心筒结构的抗震安全性能做出评价,在太平洋地震工程研究中心(PEER)基于性能抗震设计方法的基础上,采用我国地震危险性分析的研究成果,利用三维非线性分析程序CANNY建立地震反应分析模型,确定地震波样本选择方法,引入相对谱值调整系数,对结构的安全性能进行预测,由此给出了适合于我国规范的结构抗震安全评价方法。利用此方法对一钢筋混凝土框架-核心筒结构进行了分析,对算例的抗震安全性能指标和位移特性做出预测,分析结果表明,此方法可行,可以用于单体结构的抗震安全评价中,当进行某类结构的抗震安全评价时尚需考虑分析模型和结构设计的不确定性。

框架-混凝土核心筒混合结构位移限值的探讨

框架-混凝土核心筒混合结构在我国已得到广泛应用,但对其水平位移限值的研究尚不完善,还存在诸多问题。通过理论分析和有限元计算,讨论了高宽比对结构变形的影响,明确了高宽比与位移限值间的相关性。通过四个算例的位移特性和安全性的比较,认为相对层间位移角和顶点位移角可以作为层间位移角的有效补充,而且当外围框架类型不同时,宜视位移指标不同给出相应的位移限值。

大震下RC剪力墙(筒体)结构地震反应分析模型

以足尺框架-剪力墙结构试验为基础,讨论了几种不同的剪力墙宏观模型,通过计算与试验结果的比较发现,纤维墙模型在大震下的计算稳定性较差,单分量模型、多弹簧模型以及所提出的等效纤维柱模型可适用于不同地震水平下剪力墙结构的地震反应分析。探讨了核心筒结构的建模方法以及上述模型在不同地震水平下的适用性。