某底部设置V型分叉柱超限高层建筑结构设计

介绍了上海某156m高超限高层塔楼结构设计,该塔楼南侧底部有两组V型分叉柱,节点交汇形式复杂,因其存在楼板开洞、大堂3层挑空、1~4层有V型分叉柱、五边形平面等特点,结构存在平面不规则、竖向不规则、局部不规则等4项不规则内容,属于超限高层结构。塔楼结构体系采用钢管混凝土柱+钢梁+混凝土核心筒混合结构,即达到装配预制率要求,也满足结构刚度和强度的需求。根据塔楼的不规则情况选取合适的抗震性能目标,并对V型分叉柱结构、底部剪力墙等关键构件进行中、大震的抗震性能验算。对V型分叉柱结构采用ABAQUS实体模型进行有限元分析验证确保安全性。整体结构采用SAUSAGE软件进行大震动力弹塑性时程分析,发现在核心筒中高区连梁跳层设置钢骨可明显减小大震层间位移角,提高结构抗倒塌性能。最后为确保关键构件的延性性能,采取有针对性加强措施。

异型截面多腔钢管混凝土分叉柱抗震性能试验研究

为研究异型截面多腔钢管混凝土分叉柱不同加载方向下的抗震性能,结合某超高层建筑多腔钢管混凝土巨型框架结构,设计了4个1/30缩尺的分叉柱模型试件,进行了2种不同加载方向的低周反复荷载试验研究,一种沿截面长轴方向加载,另一种沿截面短轴方向加载。试件截面腔体钢板厚度包括2mm和3mm两种。分析了各试件的破坏特征、滞回特性、承载力、延性、刚度退化和耗能性能。研究表明,不同加载方向异型截面多腔钢管混凝土分叉柱受力性能有明显差异,沿截面长轴加载方向试件的承载力高、刚度大、延性好、耗能能力强;合理增加分腔钢板厚度能使分叉柱抗震性能加强。

异形截面多腔钢管混凝土巨型分叉柱轴压应变试验分析

在建工程北京"中国尊"采用了异形截面多腔钢管混凝土巨型分叉柱。利用该工程的巨型分叉柱模型试件轴压试验的应变数据并结合该巨型柱的截面几何性质,进行了系统的纵向及横向应变分析,阐明了构造措施引起的应变响应差异,揭示了腔体内、外钢板对混凝土的约束效应机制。结果表明:截面几何性质对不规则异形截面试件的后期变形性能影响较大,钢板上增设纵向加劲肋会影响应变响应,腔体内、外钢板对混凝土的约束效应存在差异。

巨型钢管混凝土分叉柱节点压弯性能试验研究

为了解决构造措施对巨型钢管混凝土分叉柱节点承载力影响程度的问题,以在建工程北京"中国尊"为工程背景,进行了2个不同构造的分叉柱节点偏心受压重复荷载试验,研究了其受压破坏特征、承载力、侧向抗弯刚度、侧向变形及应变规律.结果表明:试件的破坏形态以弯曲破坏为主,破坏位置与分叉柱节点刚度分布有关,且侧向变形主要发生在侧向位移较大的柱肢部分;在钢管屈服之前,柱肢异形截面符合平截面假定,钢材屈服以后基本符合平截面假定;在忽略横向构造措施承载力贡献的情况下,仅考虑钢管的约束效应计算承载力与实测值相差较大,说明受压区钢管及横隔板的组合约束效应更强.

型钢混凝土组合结构空间分叉柱(撑)施工技术

于家堡金融区起步区项目03-15地块工程附楼存在大量型钢混凝土组合结构空间分叉柱(撑)形式。施工中,对该结构进行了合理分段,采用计算机辅助设计软件进行了深化设计,以及在测量、钢筋、模板、混凝土等关键工序运用了科学的施工技术,保证了施工质量与安全,达到了设计预期目的。

大厚度高建钢板异形分叉柱制作与安装技术

黄金时代广场西地块A座主楼工程采用底层双柱在过渡区域向上合并为单柱的分叉结构形式。单个分叉柱质量高达44.22t,制作困难,工厂制作中涉及80mm厚高建钢板焊接,现场安装工况复杂。基于此,对分叉柱进行分节段设计,工厂中分节段下料焊接,现场分节段吊装焊接形成完整分叉柱;优化大厚度高建钢板焊接工艺,选择以半自动实芯焊丝二氧化碳气体保护焊为主,焊条电弧、药芯焊丝二氧化碳气体保护焊为辅的焊接方法解决焊接难题;制定分叉柱吊装控制、测量与安装技术措施,保证现场顺利施工。

多腔钢管混凝土分叉柱力学性能有限元分析

为研究异形截面多腔钢管混凝土分叉柱的力学性能及设计方法,以北京某超高层建筑异形截面多腔钢管混凝土巨型分叉柱为原型,在已进行的低周反复荷载试验基础上,对异形截面多腔钢管混凝土分叉柱抗震性能进行有限元分析,研究了不同构造措施、不同钢材及混凝土强度等级等参数对钢管混凝土分叉柱抗震性能的影响.结果表明:基于本文提出的有限元建模方法,所得有限元分析结果与试验结果吻合较好;适当增加腔体数,设置肋板、角钢和钢管能够有效提高异形截面钢管混凝土分叉柱抗震性能;在等用钢量下,增加腔体数量比增加钢板厚度能更有效地提高分叉柱抗震性能;不同材料强度对异形截面钢管混凝土分叉柱抗震性能有较大影响,在进行其抗震设计时,宜选用强度等级匹配的钢材与混凝土.

不同加载方向异形截面多腔钢管混凝土分叉柱抗震性能试验

为研究异形截面多腔钢管混凝土分叉柱不同方向的抗震性能,进行了5个试件在往复两次水平力下的低周反复荷载试验研究。试验考虑了三种加载方向,截面长轴方向、短轴方向和45°方向,两种节点核心区构造,基本构造和节点核心区增加钢管腔体的加强构造。试验结果表明:累积损伤下,焊缝布置位置引导了试件的破坏,各试件的损伤破坏为下柱下水平隔板处焊缝开裂及延伸引起的钢板撕裂;截面长轴方向承载力高、刚度大、变形能力强、耗能能力好,45°方向次之,短轴最弱;节点核心区加强构造可一定程度上提高试件承载力、刚度和耗能能力;同一往复荷载作用下的承载力退化不明显;试件的变形和耗能主要发生在上柱部分,约占60%～70%;各试件均具有良好的弹塑性变形能力,可用于超高层巨型框架结构抗震设计。

不同构造异形截面多腔钢管混凝土分叉柱抗震性能试验

为研究截面加强构造对异形截面多腔钢管混凝土分叉柱长轴方向抗震性能的影响,进行了5个试件在轴向压力作用下,水平荷载往复加载2次的低周反复荷载试验。截面构造主要包括1种基本构造和4种加强构造,加强构造主要有,上柱及下柱分叉面下一层纵向受力钢板加厚构造,下柱分叉面下一层增加腔体构造,及在多腔加强基础上角部腔体内设置角钢或圆钢管的加强构造。试验结果表明:试件破坏大多发生在下柱下水平隔板处,表现为焊缝边缘热影响区钢板开裂及延伸引起的钢板撕裂;焊缝布置位置是影响试件破坏形态的主要因素;角部腔体内设置角钢或圆钢管构造效果最好,增厚钢板构造效果次之,多腔加强构造效果最差;各试件承载力退化不明显,上柱变形、耗能较下柱高;各试件的屈服位移角均值约为1/101,峰值荷载对应位移角约为1/42,最大弹塑性位移角约为1/29,可用于超高层巨型框架结构设计。

南通市体育会展中心分叉柱底铸钢支座节点有限元分析

铸钢节点作为一种新型的节点形式目前已经广泛应用于大跨空间结构中。应用有限元软件,对南通市体育会展中心分叉柱底铸钢支座节点进行了有限元分析,模拟出该节点的实际工作状况,并通过试验加以验证,可供工程设计参考。

异形多腔钢管混凝土分叉短柱抗震性能试验及数值计算

针对某超高层巨型框架结构中异形截面多腔钢管混凝土(concrete-filled steel tube, CFT)分叉柱,为研究截面加强构造对分叉短柱抗震性能的影响,进行了4个试件在竖向轴压力及水平往复两次的低周反复荷载下的抗震性能试验研究,试件上部为五边形四腔体钢管混凝土双柱肢,下部为八边形十三腔体钢管混凝土单柱肢,以此形成分叉柱;研究的截面构造包括四种:基本构造,钢管钢板整体加厚构造,距中和轴较远的钢管角部钢板内表面贴焊等肢角钢的局部钢板加厚构造,距中和轴较远的钢管腔体内置圆钢管构造。基于试验结果及截面构造特点,进行了数值计算。试验及数值计算结果表明:异形截面多腔钢管混凝土分叉短柱的破坏主要发生在上柱根部分叉截面处,表现为距离中性轴较远处的钢板撕裂以及局部焊缝开裂引起的整块钢板撕裂;内置圆钢管的加强构造承载力提高7.6%、变形能力提高14.4%,综合耗能能力最强,局部钢板加强构造承载力提高9.2%、变形能力下降18.7%,钢管钢板整体加厚构造承载力略有提高、但变形能力下降较多;提出的异形多腔钢管混凝土柱简化建模方法计算效率较高,精度满足工程设计要求。

襄阳东站柱分叉铸钢节点缩尺模型试验研究

襄阳东站在南、北两端区域采用柱分叉支承钢屋盖以减小屋盖悬挑长度,柱分叉节点考虑到建筑美观要求及受力复杂等因素采用了铸钢节点型式,论文对柱分叉铸钢节点进行了1/2缩尺模型加载试验验证,详细介绍了试验加载装置、加载方案、试验现象及试验结果,有限元对比分析结果与加载试验吻合较好,结果表明柱分叉铸钢节点构造合理、承载力高,薄弱部位出现在与铸钢件相连的接长钢管上,满足强节点弱构件、强连接弱构件的设计要求。

异形截面多腔钢管混凝土巨型分叉柱轴压性能试验研究

为研究北京"中国尊"多腔钢管混凝土巨型分叉柱不同构造措施对其受压性能的影响,进行了2个1/10缩尺的分叉柱节点区域模型试件轴心受压力学性能试验。设计了原型柱缩尺试件BAC以及在试件BAC基础上未配置纵向加劲肋及构造钢筋的试件WAC。分析了试件破坏特征,承载力、刚度及退化过程、延性、耗能能力等。研究表明:试件BAC满足受力要求,承载力较高、刚度退化速率缓慢、延性较好、耗能能力较强;与试件BAC相比,试件WAC构造措施简化,但其承载力变化不大,刚度退化较快、延性较差、耗能能力较弱;异形截面钢管混凝土柱后期变形发展与构件截面不规则程度有关。在忽略横隔板作用情况下,采用不同承载力计算方法并按是否考虑竖向构造措施的影响进行了承载力计算,结果表明采用不同方法计算承载力时,横隔板对承载力的贡献均较大,且因计算方法不同存在差异。

方钢管混凝土分叉柱与钢梁连接节点的抗震性能研究

通过4个1/2比例的钢管混凝土分叉柱与钢梁连接节点的拟静力试验,对其滞回性能、刚度退化、延性性能、耗能能力以及破坏特征进行了研究与分析,并与纤维杆元模型模拟的结果进行了比较。结果表明:节点在梁端塑性铰破坏模式下钢管混凝土树状节点的抗震性能较好;在局部焊接破坏模式下延性较低,抗震性能相对较差;钢管分叉柱长宽比较大时,设置纵向隔板能更好地保证节点区域的稳定性。

钢管混凝土分叉柱节点受力性能试验研究

以东方之门大厦为工程背景,选取截面形式为矩形钢管混凝土分叉柱节点和圆形钢管混凝土分叉柱节点各1个作为研究对象,对试验节点进行大比例模型单调加载试验,研究节点的屈服荷载、极限荷载和延性性能。试验过程中两节点试件的破坏模式分别表现为空心钢管柱部分受压屈曲破坏和钢管混凝土柱部分偏心受压破坏。试验结果表明:试件N-KZ1B和试件N-KZ2的极限荷载分别达到最不利设计荷载的3.89倍和4.18倍,2个节点试件均具有较高的屈服荷载和极限荷载,满足结构设计要求;当达到极限荷载时,钢管混凝土柱和空心钢管柱进入塑性状态,而节点域仍保持弹性,表明结构设计达到了强节点弱构件的抗震要求;同时节点试件变形能力较好,具有良好的延性性能。

分叉柱底铸钢节点的试验研究

铸钢节点以其良好的受力性能及较强的适应能力被广泛应用于各种大跨度空间结构中,在目前暂无国家统一设计规范的情况下,对受力复杂的铸钢节点辅以足尺或模型试验是非常必要的。本文结合南通体育会展中心工程,对部分重要节点进行了试验研究,并与弹塑性非线性有限元分析结果对比,得出了一些有益的结论。

异形截面多腔钢管混凝土巨型分叉柱偏压性能试验研究

为研究多腔钢管混凝土巨型分叉柱不同构造措施对其压弯性能的影响,以北京中国尊为原型,设计了2个1/10缩尺的分叉柱分叉节点区域模型试件,包括原型分叉柱缩尺试件BEC,以及在试件BEC基础上,将下柱顶部区域的拉结钢筋用竖向钢板替换构成的加强试件SEC-2。通过偏心受压试验,考察试件的破坏形态、沿试件高度的侧向位移分布、竖向荷载-侧向位移曲线及骨架曲线、平截面假定的适用性,分析不同构造措施对分叉柱偏心受压性能的影响。基于纤维模型法,编制构件非线性计算程序,钢材采用理想弹塑性本构模型,核心混凝土分别采用GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》本构模型（GB模型）、考虑钢管约束效应的Hu本构模型及Han本构模型。计算结果表明：在钢材本构模型不变的情况下,GB模型与Hu模型计算弯矩-曲率曲线与考虑P-δ效应的弯矩-曲率曲线相差较多。Han本构模型计算曲线与考虑P-δ效应的弯矩-曲率曲线的变化趋势一致。改进Han本构模型近似考虑横隔板和多腔钢管对受压区混凝土的组合约束效应,计算曲线与考虑P-δ效应的弯矩-曲率曲线峰值接近,下降段计算弯矩值略低。

轴拉力作用下异形截面多腔钢管混凝土巨型分叉柱抗震性能试验研究

针对某超高层建筑巨型柱在罕遇地震作用下轴向受拉的情况,研究了异形截面多腔钢管混凝土巨型分叉柱抗震性能,考虑水平力作用方向和分叉界面下一层构造的影响,进行了4个模型试件的低周反复荷载试验。试验结果表明：分叉柱的破坏大多发生在截面突变的分叉界面处,其水平力-位移角滞回曲线饱满程度一般,但无明显捏拢现象;分叉柱均出现了承载能力退化现象;分叉柱的变形和耗能主要在上柱部分,并随位移的增大,所占比例提高;较沿截面短轴方向加载,沿截面长轴方向加载时分叉柱的抗震性能明显提高;分叉界面下一层增加腔体加强的分叉柱较未加强分叉柱的承载力提高16.6%～29.7%,极限位移角增大13.1%～13.2%,位移角为1%时综合耗能提高10.0%～16.7%。

屋顶格架钢筋混凝土分叉柱的设计

某工程建筑屋顶上设置钢筋混凝土格架,格架由6根直径250mm(300mm)钢筋混凝土柱及1000mm×250mm的钢筋混凝土宽扁梁组成,6根钢筋混凝土柱均从屋顶框架柱顶生根,形成分叉柱,由于分叉柱支数多、截面小,分叉节点处钢筋集中,造成施工难以实施。本工程在节分叉点处采用钢管代替钢筋,设计时采用非线性分析专用软件midas FEA,详细分析了分叉柱节点处每个实体单元应力,合理控制其应力水平,确保节点设计受力合理,并便于施工。

乌鲁木齐地铁地下三层中庭式分叉高柱车站结构设计

中庭式地铁车站作为地上建筑的先进设计理念,目前在国内部分城市地下二层车站中也被采用。以国内首例设置中庭、钢筋混凝土分叉高柱的地下三层平行换乘车站——乌鲁木齐地铁1、5号线国际机场站为例,简要介绍了其主要结构设计方案。通过车站标准段与中庭段计算结果对比及车站三维抗震分析,论证了该方案是合理可行的。其结论可为后续类似项目提供借鉴。