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。

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。

中空夹层钢管混凝土风力机塔架风振性能研究

传统风力发电机组塔架大多为锥形单管钢薄壁细长结构,此类结构在叶片转动及风荷载作用下易发生大的变形和振动。为克服传统风电塔自身发展的局限性并发挥中空夹层钢管混凝土(CFDST)结构优良的力学性能,基于某锥形钢塔筒,通过承载力等效提出CFDST塔筒结构形式,利用ABAQUS软件建立其风振性能有限元模型,对比了两种塔筒的振动模态。从时域和频域对二者在不同荷载工况下的动力响应特征进行对比分析,并对塔筒与叶片是否共振及瞬态冲击荷载下的振动进行了研究。结果表明:CFDST塔筒在保证原有钢塔筒抗弯承载力和刚度的同时,底部截面尺寸减小了25.6%,且不会与叶轮转动产生的谐波激励发生共振;阻尼对风机塔筒位移、速度、加速度及应力响应幅值影响显著;与钢塔筒相比,CFDST塔筒在正常运行荷载工况下峰值位移、加速度幅值和最大等效应力分别降低21.1%、30.2%和41.6%,而在暴风荷载工况下,分别减小14.4%、32.2%和36.3%;研究成果可为相关塔筒的设计优化提供参考。

长细比对五螺箍圆形钢筋混凝土柱轴心受压性能的影响

为研究长细比对五螺箍圆形钢筋混凝土柱轴心受压性能的影响,本文运用ABAQUS软件建立有限元模型并对其开展了轴心受压的数值模拟,将有限元分析结果与已有文献中的试验结果进行比较以验证模型的合理性。基于经过验证的有限元模型,建立具有初始偏心的不同长径比和直径的构件,对其进行轴心受压有限元分析。结果表明:同一组构件,随着长径比的增大,构件的承载力降低,稳定系数也有所降低,但侧向挠度不断增大,二阶效应的影响也越来越显著;长径比相同时,截面面积的增加能够降低长径比对构件峰值承载力下降程度的影响,构件的稳定系数有所增大。本文根据有限元分析结果,对五螺箍圆形钢筋混凝土柱轴压承载力计算公式进行稳定系数修正并给出稳定系数的取值建议:当五螺箍圆形RC柱的核心区长径比为212时,稳定系数可查表取值,若核心区长径比不为整数,则可采取线性内插法进行取值,也可按稳定系数计算式进行计算。

高层建筑斜交网格结构抗侧移受力机理分析

为研究不同平面形式对高层建筑斜交网格结构受力性能及刚度退化的影响,开展了正八边形斜交网格结构模型的水平推覆试验,建立了平面形式为四边形、六边形、八边形、十二边形和二十四边形的斜交网格结构,并与四边形框筒结构模型进行对比,分析了平面形式对斜交网格结构侧向刚度、延性、内力、剪力滞后和屈服顺序等影响.研究结果表明:不同平面形式斜交网格结构模型的延性系数分布范围为4.27~5.22,随着结构平面边数增加,整体抗侧刚度逐渐增加,且延性越好,受力机理越合理;由于斜交网格结构主要通过斜柱传递轴力,剪力滞后效应明显比框筒结构小,随着平面边数增加,斜交网格结构受压翼缘部的剪力滞比由1.32降为0.82,平面形式为正六边形、正八边形、正十二边形、正二十四边形的斜交网格结构均较平面形式为正四边形时更接近于1.00;在斜交网格结构的水平推覆试验过程中,翼缘部与腹部相交区域的斜柱先屈服,塑性变形增大,再向翼缘部与腹部中部延展,随后沿结构底部向上扩展.

斜柱网格体系内部混凝土浇灌实体模型及检测试验研究

钢管混凝土斜柱体系内部浇灌混凝土的密实度质量是保证整体结构承载性能的重要因素。以X形平面斜柱节点、K形空间斜柱节点为例,建立钢管混凝土斜柱的足尺试验模型,通过超声CT技术检测其内部浇灌混凝土的密实度,以获得合理有效的浇灌工艺并应用于工程;进而针对斜柱网格体系的混凝土密实度检测布置进行了研究。结果表明:试验模型钢板较厚时,采用CT成像检测可获得精确结果;试验模型浇灌工艺满足密实度要求时,实际施工应采用相同工艺以保证质量;对于混凝土密实度不足之处,可采用钻孔压浆法补强,而后补焊封回;钢管混凝土斜柱内部混凝土密实度检测布置包括斜柱构件检测数量、横截面检测位置两方面。

某大厦楼顶桅杆天线涡激振动控制分析

某超高层大厦在无地震和强风时发生异常振动,大厦内人员振感强烈。初步判断是楼顶桅杆天线发生涡激共振,并引发主体结构高阶振型共振效应。计算桅杆天线顶部风速并与各阶振型的涡激振动临界风速对比,判断桅杆天线在特定风场条件下发生频率为2.11Hz的涡激共振,与现场实测结果基本吻合。建立大厦结构的有限元模型,计算桅杆天线涡激共振荷载并以正弦波荷载的形式输入到模型中,分析不同输入角度下主体结构的动力响应情况。结果表明,桅杆天线2.11Hz的涡激共振引发主体结构高阶振型共振响应;沿135°或315°输入正弦波荷载时动力响应最大;主体结构的动力响应沿楼层呈波动形态;峰值加速度响应满足中国规范限值,但大于日本风振舒适度规范H-90级别限值,导致了显著的振感。对桅杆天线设计了三个振动控制方案,输入不同频率的正弦波荷载,分析改造后的桅杆天线对正弦波荷载频率的敏感性。结果表明,所提出的三个方案均能有效减小主体结构和桅杆天线的动力响应,且提高了最不利正弦波荷载频率,降低了桅杆天线发生涡激共振的概率。

高烈度区某超限高层结构抗震设计及性能分析

某平面和竖向均不规则的超限高层建筑,同时存在着局部构件间断、塔楼偏斜、楼板不连续、扭转不规则、尺寸突变等超限情况。对结构在多遇地震作用下的整体抗震性能进行分析,在ETABS结构计算软件中选取符合条件的2条人工波及5条天然波模拟地震作用,考虑采用主、次波双向地震作用加载的方式,对结构进行弹性时程补充分析和设防地震作用下结构关键构件的抗震性能验算,并利用SAUSAGE和PERFORM 3D三维非线性弹塑性分析软件对结构进行动力弹塑性时程分析和弹塑性时程补充分析。计算结果表明,通过提高底部局部墙肢配筋率、埋设钢板、局部楼板加厚等措施,本超限高层项目可达到预期的抗震性能目标。最后给出了本项目针对结构超限情况采取的相关措施。

迎风面肋板对方柱流场和气动力的影响研究

研究表明外伸肋板能显著减小高层建筑的风荷载,但此类附属构造的流场机理尚未澄清,因此,该文章采用大涡模拟方法研究了均匀来流作用下迎风面竖向肋板对方柱周围流场和气动力的影响,分析了不同模型的流场结构、风压分布和气动力,阐明了竖向肋板的流场机理。研究发现,外伸竖板使模型前角区域产生局部旋涡,该旋涡明显影响了来流的流动分离和剪切层特征。肋板的外伸长度d显著影响模型周围的流场结构、涡脱频率和风压分布。模型周围流场的变化导致平均阻力C_(d)和脉动升力C′_(l)明显减小。肋板位置参数b和d存在最佳组合,使模型上的气动力最小,当d/D=0.12和b/D=0.10时,模型的C_(d)和C′_(l)相比参考方柱减小了50%和86%。

招商银行总部大厦核心筒偏置超高层结构设计与关键技术研究

招商银行总部大厦是一栋387m高的超高层建筑,采用框架-偏心筒-环带桁架-伸臂桁架结构体系,核心筒偏置于建筑北侧,设5个伸臂桁架加强层。采用合理设计核心筒剪力墙厚度、增设环带桁架等措施,减小了核心筒偏置对结构的不利影响。在伸臂桁架中通过设置屈曲约束支撑(BRB),提高了整体结构的抗震性能。利用屋顶水箱设置调谐液体阻尼器(TLD),减轻了结构风振效应。大跨楼盖跨中增设钢次梁,减小了楼盖人致振动加速度。同时展开了结构整体稳定性、墙体受拉应力控制、长期荷载下的水平位移控制等多项研究,确保了该核心筒偏置的超高层结构的安全,所采取的设计方法和措施可供同类工程参考。

大跨桁架转换超限高层结构设计与分析

本文介绍了某一存在多项不规则的大跨桁架转换超限高层的结构设计与分析,本工程存在大跨桁架转换、斜柱、体型收进及组合平面等不利因素。针对本工程设计的特点及难点,通过合理有效的结构布置及加强措施,并经过全面的结构计算和分析,结构能够达到设定的抗震设防性能目标,转换桁架、斜柱等关键构件能满足受力要求且有足够的安全储备。转换桁架及斜柱采用钢骨混凝土结构,能与周边的钢筋混凝土结构形成良好的整体性。转换桁架斜、竖腹杆及吊柱采用钢结构达到了节点简化的目的,且不影响结构整体受力性能。楼板作用对转换桁架及斜柱相关构件受力有较大影响,专项分析时宜考虑楼板开裂或失效的影响。

长沙某超高层环带桁架加强层设计与分析

采用环带桁架加强层可以有效的提高整体结构的抗侧刚度。本文以长沙某超高层项目为例,采用周期、刚重比和屈曲因子三个指标衡量结构抗侧刚度,研究了环带桁架不同位置布置、环带桁架截面刚度变化对提高整体结构刚度作用效果的影响,并研究环带桁架截面刚度变化对外框架、核心筒剪力的增大效应的相关性,指出结构整体刚度、外框架总剪力与楼层剪力比、核心筒总剪力与楼层剪力比与环带桁架截面刚度均呈现线性增加—变缓增加—水平不变的三阶段趋势。同时,本文指出,环带桁架布置在塔楼高区对于提升结构刚度效果最为明显。分析了实际项目设置环带桁架后对加强层和上下层的竖向构件的不利影响,并提出相应的解决方案。

某超限框架-核心筒结构底部改造加固设计

武汉某改造工程属于典型的超限高层底部区域改造加固设计项目,原结构体系为钢筋混凝土框架-核心筒。经设计、复核,竖向构件能满足改造后使用需求,但需对大量水平构件进行加固设计。本项目施工条件复杂,梁截面加宽、加高均受到较大制约;通过荷载精细计算、选用轻质建筑材料、采用对原结构影响更小的施工方法、适当考虑楼板作为翼缘对梁刚度和承载力的提高和塑性调幅等方法,充分挖掘原结构中梁板构件的承载能力潜力。改造设计时,首先对改造前后总体指标进行对比分析;其次针对项目中不同区域的改造要求、现场条件、结构受力等特点对其适用的梁加固方式进行详细的论述。尤其针对在梁负弯矩区采用L型粘钢加固时,转角节点处钢板刚度不够;采用加大截面法加固时,顶筋植筋深度不足等问题提出相应的解决方法。供其他同类项目参考借鉴。

筒体-环形组合建筑结构安全措施效果研究

由于核电产业的普及、优质地基的减少以及对近断层的研究还不够全面深入,AP1000堆型三代半非能动筒体-环形组合厂房的场址可能面临近场地震动作用,并很有可能选择在非基岩场地建设,因此评估其抗震性能和可靠度十分必要。首次考虑硬土地基和水平位移限制器对结构的双重影响,针对厂房底板基础隔震措施在近场地震动作用下的效果问题,根据ATC-63选取15组远场地震动和14组近场地震动,以材料应变作为损伤指标,对比研究有无隔震装置AP1000堆型筒体-环形组合厂房的地震损伤,论证该建筑结构基础隔震措施在近场和远场地震下的不同作用效果。结果表明,所设计的筒体-环形组合厂房基础隔震措施在近场地震动作用下具有明显的隔震效果,但其效果要小于远场地震动;近场地震动下,有隔震装置厂房第四等级损伤安全度比无隔震装置厂房要小,但仍然满足有关标准的要求,因此其具有在非基岩场地下近断层区域建设的可行性。

某复杂大底盘多塔高层结构设计与分析

本文介绍了深圳市某医疗综合楼的结构设计,该项目为复杂大底盘多塔高层结构,存在多项平面及竖向不规则,通过有针对性的结构布置、设置合理的结构性能化目标及详细的计算分析,结构能满足抗震设计及结构安全性要求。对大跨度悬挑钢连廊,通过与主体结构可靠的连接及详细的分析,确保结构安全。对穿层柱,采用欧拉屈曲公式计算构件的计算长度,保证计算准确性。对持力层为花岗岩的嵌岩桩的抗拔承载力计算与试桩结果进行了对比分析,分析结果表明,实际桩基泥皮效应大于预估,后注浆可以有效减小泥皮效应并提高桩基承载力。