钢管混凝土斜交网格筒结构地震能量反应分析

结合所建立的钢管混凝土柱的轴向恢复力模型对斜交网格筒结构进行了弹塑性时程分析,研究了结构中各能量项的分配规律,从结构-构件-楼层3个层面,依次分析了滞回耗能的分配规律,并探讨了结构动力特性和地震动参数对滞回耗能分布的影响。研究表明:结构主要依靠阻尼耗能和滞回耗能平衡地震输入的能量;斜柱和连梁是斜交网格筒结构的主要耗能构件;斜柱的滞回耗能随楼层增高递减且在模块相接处有明显突变,设计时此处应避免出现较大的刚度突变。研究从能量的角度揭示了斜交网格筒结构的损伤模式和耗能机制,为建立此类结构的地震损伤评估方法提供了参考。

高层建筑斜交网格筒结构抗震概念分析

为了解高层建筑斜交网格筒-核心筒新型结构体系在地震作用下的抗震概念,参照工程实例建立了典型的钢管混凝土斜交网格筒-钢筋混凝土核心筒结构,采用弹塑性动力时程分析方法,基于构件塑性能发展过程明确了体系构件的屈服顺序、探讨了墙肢厚度、斜柱截面、连梁高度等因素对体系构件屈服顺序的影响,总结了内外筒抗震防线的分布特点,分析了体系弹性和塑性阶段抗侧刚度的主要影响因素和关键构件以及体系塑性耗能的关键构件。结合"三水准"抗震设防目标和体系抗震防线分布特点以及构件屈服特点,探讨了该类型结构的抗震概念。

高层斜交网格筒-核心筒结构抗震性能分析

斜交网格筒新型结构体系具有较大的抗侧刚度,为建造高层、超高层结构提供了有利条件,目前已在国内外有多例成功实践,但相关抗震性能研究还很少。采用Perform-3D程序对典型钢管混凝土斜交网格筒-钢筋混凝土内筒结构进行了静力弹塑性分析。总结了体系塑性发展过程及构件屈服顺序,给出了斜交网格筒屈服路径,并从斜交网格筒作用力的变化阐述了内外筒间内力重分配的原因,明确了内外筒内力分配特点。基于内外筒抗侧刚度的发展过程,探讨了结构抗侧刚度退化的主要原因。

钢管混凝土斜交网格筒结构抗震性能研究

采用PERFORM-3D对钢管混凝土斜交网格筒结构进行静力弹塑性和动力弹塑性时程分析。分析该结构的屈服路径、侧向位移及层间位移角、剪力滞后效应、斜柱损伤及损伤分布模式。结果表明:钢管混凝土斜交网格筒结构传力途径明确,具有较大的抗侧刚度和较好的空间工作性能,且主次节点可以有效地平衡各斜柱内力差,使节点层变形小于其它非节点层;斜交网格筒结构的剪力滞比沿楼层高度由正剪力滞比转变为负剪力滞比,且随着结构的塑性发展,结构首次出现负剪力滞后的位置有所下降;不同类型地震波及不同加速度幅值对斜柱层损伤值影响较大,而对斜柱层损分布模式影响较小。

斜交网格筒-核心筒结构地震非线性性能研究

斜交网格筒新型结构体系具有较大的侧向刚度,为建造高层、超高层结构提供了有利条件。然而目前该类型结构的地震非线性性能尚未被明确掌握,导致在结构设计中面临体系构件屈服顺序不明确、外网筒斜柱受力和屈服机制不清楚、外网筒地震失效路径不清晰等关键性抗震问题。通过对典型高层斜交网格筒-核心筒结构地震非线性有限元分析和典型模块子结构的拟静力试验研究,针对该类型体系构件的屈服顺序、斜柱受力和屈服机制以及外网筒的地震失效路径等进行系统研究,明确了该类型体系的上述地震非线性性能。

超高建筑斜交网格筒力学性能研究

斜交网格筒新型结构体系因其强大的刚度,为建造超高建筑提供了有利条件,目前已在国内外有多例成功实践.然而斜交网格外筒作为该体系的重要受力组成部分,力学特性尚不清晰.分析了五种形式的斜交网格筒,总结了竖向和侧向荷载下斜交网格柱、主次结构层梁的受力特点和规律;推导了矩形斜交网格筒模块腹板立面抗弯刚度,修正了斜交网格筒模块抗弯刚度简化计算公式,结果表明斜交网格筒腹板立面对筒整体抗弯刚度贡献显著;进一步推导出三种典型侧向荷载下矩形斜交网格筒顶点侧移的简化计算公式,并基于该简化计算公式编制了楼层侧移计算程序,计算简便、快速,能够精确预测斜交网格筒变形分布.

高层建筑斜交网格筒结构侧向位移角研究

推导了斜交网格筒结构子模块的侧向刚度、剪切转角和弯曲转角的简化计算式.通过结构腹板角部斜柱的轴向应变与子模块变形转角之间的关系,建立了子模块变形转角的计算方法,并通过SAP2000软件进行了验证.提出了通过斜交网格筒结构各子模块的变形转角,来控制其在弹性阶段时的侧向刚度及变形能力.结果得出:剪切刚度和弯曲刚度均随着斜柱角度的增大而减小;在相同的侧向荷载作用下,随着斜柱角度的增大,剪切转角与弯曲转角的比值逐渐增大;变形转角受斜柱角度变化的影响比较明显,建议根据结构具体的几何参数,不同斜柱角度的结构应采取不同的弹性位移角限值.

钢管混凝土平面相贯节点轴压承载力理论研究

针对两种新型节点构造形式,通过分析带不同厚度钢板的钢管混凝土短柱的轴压承载力,提出了相贯节点轴压承载力的计算公式.同时,采用有限元方法对节点静载试验进行了模拟,并分析了斜交角度、椭圆拉板厚度、衬板厚度、环向加强板和法兰板厚度等参数对节点承载力的影响,有限元分析与试验结果吻合较好.结果表明:节点中椭圆拉板、衬板和环向加强板可提高对核心混凝土的约束效应;随着斜交角度、椭圆拉板厚度、衬板厚度的增加,节点承载力有所提高,而环向加强板或法兰板的厚度对节点承载力影响不大;计算公式能较准确地估计节点的承载力,可用于工程实践.

高层CFST斜交网格筒结构延性影响因素分析

高层CFST斜交网格筒结构体系具有较大的水平侧向刚度,可以大幅减少水平荷载作用下的结构水平位移响应,其结构的延性性能也备受关注。据此,为了研究斜柱的径厚比、轴压比,结构的高宽比以及是否设置屈曲约束支撑对高层CFST斜交网格筒结构的延性影响,并基于Pushover方法分析其对结构延性的影响程度。研究表明:随着斜柱径厚比增大,结构侧向位移和层间位移角减小,结构延性系数减小。斜柱轴压比越大,结构侧向位移和层间位移角越小,结构延性系数越小。结构的高宽比越大,结构侧向位移越大,结构延性系数越小。在结构模型构件截面尺寸保持一致的情况下,设置屈曲约束支撑可大幅提高结构延性,建议视工程具体情况合理设置局部屈曲约束支撑。

高层斜交网格-RC核心筒结构地震反应能量分析

选用一定数量的地震波,采用PERFORM-3D有限元分析软件对5个不同结构特性的高层斜交网格-RC核心筒结构进行弹塑性时程分析,分析了此类结构在水平地震作用下总输入能在各能量项的分配规律;结构滞回耗能与结构参数以及地震动参数的关系;以及滞回耗能在构件和层间的分布规律。研究表明:结构滞回耗能和阻尼耗能为结构输入能量的主要耗散形式;不同地震波类型对结构滞回耗能影响较大;结构等效刚度比对结构总滞回耗能影响较小,然而对滞回耗能在各构件中的分配规律影响较大;结构滞回耗能主要为斜柱和连梁的塑性耗能,斜柱和连梁为关键耗能构件;斜柱及剪力墙耗能主要集中在底部楼层,而连梁耗能分布范围较广。

竖向荷载作用下高层建筑斜交网格筒结构外鼓侧移研究

高层建筑斜交网格筒是一种新型的高层建筑结构,其主要受力构件是斜向交叉的柱。在竖向荷载作用下,斜交网格筒结构的受力与变形特点有异于传统的正交结构。通过有限元分析发现,斜交网格筒结构在竖向荷载作用下会发生外鼓而传统正交结构无外鼓。同时,采用有限元方法对竖向荷载作用下斜交网格筒的外鼓进行了变化参数分析,总结出了影响斜交网格筒结构外鼓的主要因素,进而提出了减小外鼓侧移的工程措施。

钢管混凝土斜交网格结构性能分析

以广州西塔为工程背景,建立了圆筒钢管混凝土斜交网格结构模型,分析了斜柱倾角对结构周期、侧移、竖向刚度和内外筒的弯矩和剪力分配的影响,探讨了核心筒剪力墙厚度对结构性能的影响。结果表明:高宽比大于5的圆筒斜交网格结构的最优斜交角度介于68°～78°;随着斜柱倾角的减小,结构抗侧刚度下降,下部楼层刚度突变明显;随着核心筒墙厚的增加,结构自振周期略有增大,内外筒的基底剪力与弯矩分配更加合理。

基于整体稳定的斜交网格筒结构失效判别指标研究

高层建筑结构失效演化过程的量化分析是实现基于性能抗震设计方法的关键步骤之一,为了得到斜交网格筒结构体系基于整体稳定的失效判别方法,基于连续化方法的体系变形分析,给出斜交网格筒结构体系的初始等效抗侧刚度求解方法,并对体系的变形形态进行了探讨;通过整体稳定平衡分析得到斜交网格筒结构体系瞬时等效刚重比与结构响应的关系,并提出了基于瞬时等效刚重比变化的失效判别方法;通过对结构进行20条地震波罕遇地震作用下的弹塑性时程分析及斜交网格筒子结构模型试验,验证了该方法的正确性。

卡塔尔某超高层建筑结构设计

法国著名建筑师John Novel设计的卡达尔多哈某超高层建筑,采用了世界首创钢筋混凝土交叉网筒结构．通过对该结构设计理念、混凝土徐变、荷栽、施工模拟、部分预应力、连续倒塌、交叉柱节点、温度收缩效应及屈曲稳定等多方面研究分析,发现法国工程师所作的原项目结构标书设计存在着交叉柱节点承载力不足、混凝土斜柱徐变变形差异引起主楼倾斜等重大安全隐患．进而采取北侧柱截面空心、节点内加钢板凳和环梁部分预应力等多项重大技术改进措施,确保该工程结构安全,恢复正常施工．

斜交网格X型节点轴压承载力性能研究

采用ABAQUS分析软件对斜交网格X型节点进行轴压荷载作用下的非线性分析,依据轴压荷载作用下节点各组成部分的应力分布情况及钢管混凝土短柱工作机理和Mises屈服准则,提出了该类型节点的承载力计算公式.同时,以相贯角度、宽厚比、竖向连接板厚度、衬板厚度、混凝土强度、加强环厚度等为控制参数,分析其对斜交网格X型节点承载力及公式适用性的影响.研究表明:采用竖向连接板、衬板、加强环较好的改善了对节点区混凝土的约束作用;相贯角度、宽厚比、混凝土强度对节点承载力影响较大,竖向连接板厚度、衬板厚度、加强环厚度对承载力影响相对较小;计算公式的参数选取合理,计算值精确度较高,可用于工程中构件承载力的计算.

高层建筑钢斜交网格筒结构地震易损性分析

为了准确判定斜交网格筒中筒结构在各性能水平下的超越概率,本文基于静力弹塑性分析确定各性能水平的极限状态量化指标限值,并基于增量动力分析的结构易损性分析,建立了相等耗钢量的框架筒中筒结构作为对比。研究结果表明:框架筒结构在结构倒塌之前主要由内筒的连系梁屈服耗散地震能量,斜交网格筒结构的地震耗能过程主要靠外筒斜柱和内筒连系梁。通过静力弹塑性分析确定的结构性能水平极限状态的量化指标,在分析结构的易损性时,更能体现结构的真实破坏状态与失效概率。斜交网格筒结构相较于框架筒结构的抗震性能更优,特别是当结构遭遇超大地震作用时有更大的抗倒塌性能。

钢管混凝土斜交网格外筒-RC核心筒结构体系在罕遇地震作用下的弹塑性行为研究

钢管混凝土斜交网格外筒-RC核心筒体系不仅实现了与建筑立面设计的高度统一,同时提供了较大的抗侧刚度,在超高层建筑设计中应用日益广泛。基于某工程实例、合理的材料本构和单元选择,利用ABAQUS软件建立该体系的有限元模型,进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,获得了结构基底剪力、顶部位移等结构整体响应时程曲线和构件受力情况。通过分析内外筒基底剪力时程曲线讨论结构协同作用机制,结合构件受力情况讨论结构关键构件屈服顺序与外筒斜交构件的屈服路径。结果表明,该体系内筒与外筒共同承担基底剪力,整体呈现筒中筒结构体系的受力特征;构件屈服顺序为混凝土核心筒连梁、斜交网格外筒斜柱、混凝土核心筒墙肢;外筒构件的屈服顺序呈现由结构底部至顶部、由角部至中央的发展模式,体现了斜交网格空间三维体系的受力优点。

高层建筑斜交网格筒体结构分析与研究

斜交网格筒体结构体系是一种新颖的结构形式,可以实现建筑立面的多样性,同时,该体系在受力方面也具有一些与传统框筒体系不同的特点。本文采用标准算例,详细比较了斜交网格筒体结构体系与密柱深梁框筒结构体系在重力荷载、水平荷载作用下的差异,说明了斜交网格筒体结构在应用于高层建筑结构设计中,需要注意的一些关键问题,从而为进一步推广该体系的应用提供参考。

超高复杂塔台斜交网格筒自密实混凝土浇筑高度研究

某塔台主楼为高耸结构,采用斜交网格筒-钢筋混凝土剪力墙内筒结构体系,外部斜交网格筒造型复杂,内灌C50微膨胀自密实混凝土,为保证结构强度和刚度要求,对混凝土浇筑高度进行优选分析。研究结果表明,当斜交网格筒单向主斜柱混凝土浇筑高度占结构总高度的2/5时,结构内、外筒在风荷载及地震作用下的受力性能较好,且较经济,本工程将混凝土浇筑高度选为39.7m。

空间结构理念在高层建筑中的应用与发展

简要介绍空间结构理念在若干重要高层超高层建筑结构中的应用.天津卫津南路超高层住宅,应用剪力墙束筒理念,满足和改善了建筑使用功能和结构抗震性能目标.深圳福建兴业银行大厦,应用楼盖刚度和承载力的空间结构理念实现创新的搭接柱转换,取代高位大梁转换,改善了立面外凸内收的高层办公建筑使用功能和结构抗震性能.卡塔尔多哈外交部大楼,采用精细化施工模拟和适度部分预应力,针对性地纠偏和钢板凳节点加强,纠正了法国工程师标书设计重大失误,成功实现世界首创清水混凝土交叉柱外网筒超高层结构设计施工.