型钢混凝土柱配钢形式研究现状与展望

为促进型钢混凝土在超高层建筑中的应用,在介绍巨型柱在超高层建筑应用状况的基础上,从实腹式和空腹式两种配钢形式论述了型钢混凝土柱抗震性能研究现状。分析表明,相比空腹式配钢形式,实腹式能更稳定地发挥型钢混凝土的性能。但部分研究表明,合理的截面设计能提高空腹式型钢混凝土型钢与混凝土协同工作效果。尚需研究具有普适性的型钢混凝土承载力理论计算方法和抗震构造措施,以发展具有施工便捷性和良好抗震性能的钢–混凝土组合构件。

中原文旅城欢乐世界一期雪世界高区基础设计

中原文旅城欢乐世界一期雪世界高区采用了巨型钢框架结构体系,基础形式为群桩基础,满足了基础内力大、沉降控制要求高的要求。介绍了巨型框架结构以及基础设计内力大、沉降控制要求高等特点。以中原文旅城欢乐世界一期雪世界项目滑道高区的基础设计为例,详细介绍了该工程地质概况、桩型选择、基础设计原则;进行了基桩承载力计算和验算,并分别采用YJK和ABAQUS对基础的沉降进行分析。其中ABAQUS模型考虑了桩、土、承台的相互作用,克服了传统计算方法不能细致分析桩身弹性压缩、实体深基础侧阻力和应力扩散等的不足。

底部加强型多腔钢管混凝土巨型柱抗震性能试验研究

为适应巨型框架结构发展,提出了一种底部加强型多腔钢管混凝土巨型柱。为了比较它与相应普通多腔钢管混凝土巨型柱抗震性能的差异,进行了6个1/25缩尺的巨型柱模型在轴向压力或轴向拉力下的低周反复荷载试验研究。6个模型中:按底部截面构造区分,3个试件为底部加强型巨型柱模型,3个试件为相应普通巨型柱模型;按轴力作用方向区分,4个试件为轴压试件,轴压比分别为0.5、0.25,2个试件为轴拉试件,轴拉比为0.2。比较分析了各试件的承载力、刚度及其退化过程、延性、滞回特性、耗能和破坏特征。研究表明:底部加强型巨型柱与普通巨型柱相比,承载力、延性、耗能能力明显提高,刚度退化速度减慢,工作性能较稳定;轴压试件与轴拉试件相比,轴压试件抗震性能相对较好。

不同方向水平力下多腔钢管混凝土巨型柱抗震性能研究

提出了一种异形截面的多腔钢管混凝土巨型柱,研究了其在不同方向水平力作用下的抗震性能。进行了6个1/25缩尺的巨型柱模型在竖向荷载和不同方向水平反复荷载作用下的抗震性能试验研究,其中:2个试件的水平力沿截面长轴方向施加,2个试件的水平力沿截面短轴方向施加,2个试件的水平力沿与长轴及短轴呈45度方向施加,3种水平力加载方向的试件轴压比分别为0.5、0.25。基于试验结果,分析了各试件的承载力、刚度及其退化过程、延性、滞回特性、耗能和破坏特征。进行了数值模拟分析,计算结果与试验符合较好。研究表明,提出的异形截面多腔钢管混凝土巨型柱有良好的抗震性能,且其抗震性能与水平力作用方向相关。

腔内带钢筋笼多腔钢管混凝土巨型柱轴压性能试验研究

以某超高层巨型框架结构巨型柱为原型,进行了3个多腔钢管混凝土巨型柱模型试件的轴压性能试验研究,模型按1/12缩尺。3个试件的几何尺寸和腔体钢板均一致,各试件主要参数:试件1腔内加设钢筋笼,混凝土强度等级为C30;试件2腔内不加设钢筋笼,混凝土强度等级为C40;试件3腔内加设钢筋笼,混凝土强度等级为C40。试验分析了各试件的承载力、刚度及退化过程、残余变形、破坏特征等。研究表明:腔内设置钢筋笼的多腔钢管混凝土巨型柱具有良好的延性和抗压工作性能,可用于工程设计。

钢-混凝土组合巨型框架柱抗震研究进展

为促进钢-混凝土组合柱在超高层巨型框架结构中应用,在简要介绍采用钢-混凝土组合巨型柱的巨型框架结构基础上,从型钢混凝土巨型柱和钢管混凝土巨型柱两个方面综述了钢-混凝土组合巨型柱抗震关键技术研究及应用,指出了该类钢-混凝土组合巨型柱若干有待深化研究的技术问题.分析表明:巨型框架结构是一种受力性能优越的高效抗震体系,中国已建成和在建的标志性超高层建筑大多采用了钢-混凝土组合巨型柱框架结构,相关研究主要集中在弹塑性有限元分析和模拟地震振动台方面;复杂截面钢-混凝土组合巨型柱,经合理设计后具有较好的抗震性能,具有普适性的受力性能理论计算方法及合理抗震构造是亟待深化研究的关键技术问题.

不同配钢型式圆截面型钢混凝土巨型柱抗震性能

为研究某超高层建筑巨型框架结构型钢混凝土巨型柱的抗震性能,利用40000kN大型加载装置,进行了1个内置H型钢和1个内置十字形型钢巨型柱模型试件的低周反复荷载试验,两试件截面尺寸、配钢率、配筋率、混凝土强度等级均相同,主要不同在于配钢型式。对比分析了两试件的破坏特征、滞回曲线、承载力、变形、刚度退化过程和耗能,得到了配钢型式对其抗震性能的影响,并采用纤维模型法进行了正截面承载力计算。结果表明:两试件均呈现出以弯曲为主的破坏特征,滞回曲线较为饱满,承载力下降缓慢,极限位移角超过5%,表现出良好的变形能力和耗能能力;十字形型钢混凝土巨型柱两个工程轴方向性能相同,H型钢混凝土巨型柱强轴方向性能好于十字形型钢混凝土巨型柱;计算所得承载力与实测承载力符合较好。

五边形钢管混凝土巨型柱偏压性能计算分析

以大连国贸中心大厦五边形多腔体钢管混凝土巨型柱为原型,为研究截面构造对其偏压性能的影响,进行了2个不同截面构造的巨型柱模型偏心受压性能试验。试件编号分别为CF-Ⅰ和CF-Ⅱ。CF-Ⅰ为五边形四腔体无钢筋笼截面试件,CF-Ⅱ为五边形四腔体带钢筋笼截面试件。试验得到了2个试件的承载力、荷载-变形曲线及损伤破坏特征等。利用ABAQUS有限元软件对各试件进行了数值模拟,计算结果与试验符合较好;在此基础上,分析了外钢管钢板厚度、对称轴分腔隔板厚度、周边竖向肋板厚度对柱偏压性能的影响。研究表明:加设钢筋笼可提高试件的承载力和延性;增加外钢管钢板厚度提高试件承载力和延性的比例,明显大于增加腔体对称轴分腔隔板厚度提高的比例;提高腔内周边竖向肋板的厚度,可明显减轻试件损伤。

不同配钢率方形截面型钢混凝土巨型柱抗震试验

方形截面型钢混凝土巨型柱是超高层建筑巨型框架组合结构的关键竖向构件,型钢混凝土组合巨型柱的截面配钢构造和配钢率是影响其抗震性能的主要因素。为确定方形截面型钢混凝土巨型柱在截面配钢型式、配筋及混凝土强度不变条件下的合理配钢率,结合某超高层建筑巨型框架的型钢混凝土巨型柱抗震设计,进行了两个不同配钢率的方形截面型钢混凝土巨型柱模型的低周反复荷载试验,比较了两个试件的水平承载力、滞回性能、骨架曲线、耗能、变形及刚度,分析了截面配钢率对方形截面型钢混凝土巨型柱抗震性能的影响。结果表明:两试件的破坏形态均以弯曲破坏为主,极限位移角均值为1/37,具有良好的变形能力;两试件滞回曲线均较饱满,耗能性能良好;随着截面配钢率的增大,试件的水平承载力和抗侧移刚度明显增大。进行了承载力计算,计算结果与试验符合较好。用ABAQUS进行了有限元计算,计算所得荷载-位移曲线与试验所得荷载-位移骨架曲线较为接近。本文研究为类似工程的抗震设计提供了参考。

异形截面多腔钢管混凝土巨型柱偏压性能

以北京中国尊大厦和天津117大厦巨型柱为原型,进行了4个大尺寸的多腔钢管混凝土巨型柱模型单向重复荷载偏压性能试验,包括1个中国尊八边十三腔巨型柱模型、1个中国尊八边十三腔巨型柱角部腔内设置圆钢管模型、2个天津117大厦六边六腔巨型柱模型,中国尊巨型柱模型缩尺比例为1/13,天津117大厦巨型柱模型缩尺比例为1/12.分析了不同截面形状及构造试件的损伤演化、承载力、变形恢复能力、刚度及其退化,进行了理论计算分析.研究表明:偏压荷载下各试件均具有良好的力学性能;八边十三腔巨型柱角部腔内设置圆钢管,可有效减缓试件损伤发展,明显提高试件承载力和变形能力;六边六腔巨型柱试件偏心距较小时承载力较高,偏心距较大时试件复位能力相对好.采用多国规范及纤维模型法计算了各试件N-M相关曲线和荷载-变形曲线,计算结果与试验结果相比偏于安全;考虑多腔钢管特点,在GB 50936中N-M相关曲线计算方法及韩林海钢管混凝土本构关系基础上,提出了多腔钢管混凝土统一抗压强度fsc计算的简化修正方法与公式,计算所得试件的N-M相关曲线和承载力均与实测符合较好,可供多腔钢管混凝土柱偏压计算参考.

巨型钢柱空间滞回特性的试验研究

巨型钢柱是巨型钢框架结构的关键受力构件,组成杆件多,构造复杂,建立其空间恢复力模型是进行巨型框架简化弹塑性地震反应分析的必要条件。通过两端简支巨型钢柱在双向水平往复荷载下的伪静力试验,研究了其空间滞回特性和模拟方法,为将巨型钢柱折算为等效单一柱提供了试验依据。

巨型型钢混凝土柱双向偏心受压校核分析方法

利用ETABS截面设计器对某超高层建筑巨型型钢混凝土柱截面进行了双向偏心受压校核分析。首先由ETABS截面设计器得到构件截面相关曲线数据,通过编制的拟合及绘图程序采用空间相关曲面法对构件进行校核分析,针对空间相关曲面法的不足进一步提出了等效平面相关曲线法加以改进。等效平面相关曲线法基于映射原理将空间相关曲面转换成等效平面相关曲线,同时将空间内力点转换成等效内力点,方法直观简便,可在一个图形中给出各工况的校核结果,并且能定量地给出构件受力的安全程度。最后,以一个巨型型钢混凝土柱截面为例给出了等效平面相关曲线法的校核结果,对比了考虑型钢作用及不考虑型钢作用两种情况对巨型柱受力性能的影响。文中提出的方法可为类似工程和建筑结构设计软件的开发提供借鉴。

直角梯形截面型钢混凝土巨型柱抗震性能试验

某超高层建筑巨型框架采用了直角梯形截面型钢混凝土巨型柱,为研究这种不对称截面型钢混凝土巨型柱的抗震性能及混凝土强度对抗震性能的影响,进行了2个较大尺度的不同混凝土强度的直角梯形截面型钢混凝土巨型柱模型的低周反复荷载试验。比较了2个试件的水平承载力、滞回性能、骨架曲线、刚度、耗能及变形,分析了正、负两向加载下试件抗震性能的差异及混凝土强度对试件抗震性能的影响,采用条带法对试件正截面承载力进行了计算。结果表明:两试件均呈现以弯曲为主的破坏形态,滞回曲线均较饱满,滞回耗能性能良好;由于试件截面配钢和配筋不对称、骨架曲线不对称,正向加载下,截面直角边基本均匀受压,抗震性能相对好,负向加载下,截面斜边尖角部位受压较大,抗震性能相对差;混凝土强度较高的试件,滞回曲线更为饱满,水平荷载达峰值前刚度退化较慢,表现出了良好的抗震性能,但达到峰值点后承载力下降相对快些;用条带法计算所得正截面承载力与试验符合较好;构造合理的直角梯形截面型钢混凝土巨型柱可用于巨型柱框架抗震设计。

深圳恒大中心超高层结构设计

深圳恒大中心塔楼结构高度达393.9m,采用带加强层的巨柱框架-钢筋混凝土核心筒的结构形式。结构设计的主要特点包括:地基基础穿越碎裂带且场地北侧临近地铁,利用各区避难层或设备层设置环带桁架兼作转换桁架,仅在塔楼中部设置一道伸臂桁架,钢管混凝土巨柱随建筑体型不断内收并在中低区形成斜柱,以及核心筒偏心布置且在中区和高区向北侧逐步收进,形成南侧大跨度楼盖。通过采用YJK和ETABS软件对整体结构进行了多遇地震及风荷载下的弹性分析,采用ABAQUS软件进行了罕遇地震下动力弹塑性时程分析,并针对结构特点进行专项分析,对关键构件及重要部位采取加强措施。结果表明,结构各项指标均满足设计规范要求,设定的性能目标均能达到,该结构设计安全可靠并具有较好的经济性。

巨型钢结构抗震研究综述

介绍了巨型结构及其特点,着重总结、论述了巨型钢结构在分析方法和抗震研究方面的发展现状,指出了这种钢结构形式在抗震研究中存在的主要问题及今后进一步的研究方向。

异形截面巨型柱框架结构抗震研究与应用

为适应超高层建筑平面设计需要,工程设计单位提出了一种异形截面巨型柱框架结构,并在多个超高层建筑巨型结构中应用,取得了良好效果。介绍了巨型结构体系及受力特点,结合多个大型复杂超高层建筑工程实际,分析了异形截面巨型柱框架结构的研究概况,包括在异形截面巨型柱框架结构抗震研究方面取得的进展,提出了该类结构发展的若干有待深化研究的技术问题。分析表明:"巨型柱框架-组合核心筒-伸臂桁架"结构体系,是一种受力性能优越的高效抗震体系;异形截面巨型柱框架结构,具有良好的抗震性能,异形截面巨型柱合理抗震构造是亟待深化研究的关键技术问题。

高层住宅巨型框架节点受力性能试验研究

介绍了两个钢筋混凝土巨型框架梁柱节点的试验,研究了节点区不开洞、梁端破坏的梁柱节点的破坏过程、破坏形态和受力性能,用极限分析建立了巨梁整体受弯承载力的计算方法.

超高层建筑组合巨柱抗火性能研究

针对一栋超高层建筑,对其中的组合巨柱的抗火性能进行研究并提出了优化的结构防火保护设计措施。采用等效长度的方法确定了巨柱的简化分析模型。基于ISO834标准受火过程,通过比较现有的几种组合柱防火保护计算规范及推荐方法,初步拟定防火保护措施。采用有限元分析软件LS-DYNA,进行了巨柱的截面温度分布分析和三维有限元结构高温性能分析,结果表明,巨柱在拟定的防火保护措施下,具有不小于4.9h的耐火时间,完全能满足规范要求。为了研究结构的实际火灾响应,还建立了包括升温及降温段的20h的自然火灾过程模型,并验算了巨柱在自然火灾过程中的结构响应,结果证明了保护措施的可行性,但同时也表明,巨柱在降温的过程中内部升温更高,容易对结构安全构成威胁。基于ISO834标准升温曲线的结构抗火性能评估,将难以体现巨柱的实际耐火性能。

武汉绿地中心主塔楼外框巨柱设计研究

武汉绿地中心主塔楼建筑高度475m,采用了12根巨柱+核心筒+9道环带桁架+3道伸臂桁架+角部巨柱间支撑的抗侧力体系,其中巨柱外框结构是塔楼抗侧力体系及重力体系的重要组成部分。分析了塔楼体型在低区向外倾斜对巨柱设计的不利影响,给出了结构加强对策;开展了巨柱屈曲分析,得到了巨柱的计算长度,基于巨柱性能目标及计算长度进行了巨柱构件验算,验算结果可以满足规范要求;计算了巨柱考虑高强混凝土爆裂的耐火极限时间,耐火极限在7h以上;论述了综合考虑建筑利用率和结构抗侧效率最大化的巨柱定位设计方法;介绍了巨柱关键节点设计构造,ANSYS分析结果表明,关键节点的强度满足要求;对罕遇地震作用下巨柱损伤进行了动力弹塑性时程分析,研究表明型钢混凝土巨柱满足IO(立即入住)的性能目标。目前项目主体结构已经封顶,证明了上述分析、研究及设计对策保障了外框巨柱及整个结构的安全性。

多腔钢管混凝土柱巨型框架抗震性能试验研究

结合某超高层巨型框架结构工程实际,进行了一榀巨型框架结构底部三个巨型层1/25缩尺模型抗震性能试验研究。该巨型框架的巨型柱为多腔钢管混凝土异形截面柱,巨型梁为钢桁架梁,底部巨型层加设人字形箱形截面钢支撑,二、三巨型层加设X形箱形截面钢支撑。通过试验,分析了该巨型框架的滞回特性、承载力、刚度及退化过程、延性和屈服机制。试验表明,该巨型框架的支撑作为第一道防线首先屈服,之后巨型桁架梁上下弦杆进入屈服,最后巨型柱柱底出现塑性铰,实现了多腔钢管混凝土柱巨型框架结构延性屈服机制,抗震性能良好。