超高层建筑巨型框架-核心筒结构体系的三维半解析分析模型及其应用

将超高层建筑空间巨型框架-核心筒结构体系与其基础等效连续化为一个支撑在半无限大弹性体上的加劲薄壁筒组合体,建立了集地基、基础、上部结构为一体的三维共同工作分析模型;并以此模型,利用半解析方法讨论了该结构体系的共同工作特性。分析计算结果表明:模型的简化是合理的、可行的。

带斜撑巨型框架-核心筒结构协同分析的哈密顿对偶体系

在连续化假定的基础上,将带斜撑巨型框架与核心筒分别等效为底端固定、上端自由的悬臂梁,等效后的悬臂梁具有弯曲刚度和剪切刚度。将楼板等效成刚性连杆,建立带斜撑巨型框架-核心筒高层建筑结构协同分析的计算模型。在哈密顿力学体系下对结构进行分析,导出哈密顿正则方程,采用精细积分法求解结构在侧向力作用下的位移与内力。用这种方法对带斜撑巨型框架-核心筒结构进行协同分析,理论推导思路清晰、过程简捷,数值计算易于编程、精度较高。采用本文方法对带斜撑巨型框架-核心筒高层建筑结构进行协同分析,可以准确把握结构的整体受力性能,在初步设计阶段对结构方案进行试算和快速分析。

长周期地震动对SRC框架-RC核心筒混合结构协同工作的影响

长周期地震动因含有丰富的低频成分易使(超)高层建筑等长周期结构发生严重震害。SRC(steel reinforced concrete)框架-RC(reinforced concrete)核心筒混合结构作为广泛应用于高烈度区的双重抗侧力结构体系,确保其强震下的协同工作是实现多道抗震防线,形成合理破坏模式的关键。该文通过与普通地震动对比,阐明了远场长周期地震动对SRC框架-RC核心筒混合结构协同工作的影响规律,并基于谐振激励下的结构动力分析模型及经验模态分解初步揭示了其内在机理。算例分析结果表明:受低频特性影响,远场长周期地震动作用下结构框架剪力分担率与底层倾覆力矩占比明显大于普通地震动,最大框架剪力分担率所在楼层与普通地震动相比出现下移,且当峰值加速度增至400 gal时,SRC框架中下部楼层剪力分担率超过40%,底部倾覆力矩占比超过70%,按照现行规范设计的SRC框架将难以保证远场长周期地震动作用下结构的抗震安全;激励频率对于SRC框架-RC核心筒混合结构协同工作的影响与振型参与方式有关,低频激励(周期为0.5倍~2.0倍结构基本周期)下结构响应主要受低阶振型主导;远场长周期地震动的卓越分量是导致框架剪力分担率增大的原因。

梁端铰接钢管混凝土框架-核心筒结构的减震研究

梁端铰接钢管混凝土框架-核心筒结构很好地解决了传统双重抗侧体系由于节点焊接而带来的系列问题,但不可避免地对结构抗震性能产生影响,因此,亟需针对此类结构的消能减震研究。本文以30层梁端铰接的钢管混凝土柱-混凝土核心筒结构为研究对象,通过引入不同构造形式的消能黏滞阻尼伸臂形成减震层,利用OpenSees有限元软件对结构进行弹塑性时程分析,优选出最佳构造形式,并据此对比设置一道及两道减震层时,结构在罕遇地震下减震性能及黏滞阻尼器的阻尼系数和速度指数变化对设置一道减震层结构抗震性能的影响分析。研究结果表明:竖向斜撑型减震层对结构顶点位移、层间位移角、基底剪力的控制效果及自身的耗能效果最佳,而两道减震层结构的综合性能要略优于一道减震层结构,但一道减震层结构对减震层位置变化更敏感,且当减震层位于结构1/3 H层高时减震效果最佳;阻尼系数与速度指数过大或过小均会对结构产生不利影响,而速度指数能有效降低结构的层间位移角,但应注意所带来的位移突变和基底剪力增大问题。

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。

支撑巨型框架-核心筒结构体系抗震性能研究

以深圳平安金融中心为原型结构,提出支撑巨型框架-核心筒结构体系的概念,并以目前超高层常用的巨型框架-核心筒-伸臂桁架结构体系作为参照,开展了结构体系的抗震性能对比研究。研究结果表明,在两种结构体系抗侧刚度相近的工况下,支撑巨型框架-核心筒结构体系的用钢量显著降低。罕遇地震作用下,该结构体系的典型屈服路径为核心筒→巨柱→支撑→伸臂桁架。该结构体系显著增强了外框的抗侧刚度,提高了外框的剪力分担比例,使得内筒和外框的抗侧能力更加均衡,同时内筒和外框之间的竖向剪力连接需求降低,既减轻了核心筒损伤,又可降低伸臂桁架的刚度和杆件截面面积,并使伸臂桁架加强层与相邻上下层之间的层间刚度突变效应显著降低。因此,支撑巨型框架-核心筒结构体系是一种抗震性能优越的混合结构体系,适用于500 m左右及以上高度的超高层结构。

框架-分布摇摆芯筒-核心筒结构体系减震机理分析及应用

传统的框架-核心筒(FCT)结构体系在保证抗震性能的情况下存在布局不灵活和经济性不足等局限。提出框架-分布芯筒-核心筒(FDCT)高层结构体系,其具有三道抗震防线。为了协调控制层间位移,将其进一步改进为框架-分布摇摆芯筒-核心筒(FDRCT)高层结构体系。建立FDCT结构和FDRCT结构的简化动力模型,并进行频域动力分析和地震动随机分析,探究影响减震效果的主要参数,证明FDRCT结构相比于FCT结构具有更好的减震效果。对典型的FCT结构进行设计调整,建立相应的FDCT结构和FDRCT结构,并进行弹塑性时程分析。结果表明:相对于传统方案,由于FDCT结构刚度较小,地震作用下其位移将适当变大;虽然FDRCT结构的最大层间位移角和顶部位移会略有增大,但层间变形分布更加均匀,限制了薄弱层的出现,且结构加速度响应有所下降。适当增大分布摇摆芯筒的质量可使结构变形更加均匀。分析表明:FDRCT结构既可以提高结构的经济性又具备良好的抗震减震性能,具有良好的工程应用价值。

框架-分布摇摆芯筒-核心筒结构体系力学模型及耗能减震性能分析

为了提高传统框架-核心筒(frame core tube, FCT)结构的经济性,提出框架-分布芯筒-核心筒(frame-distributed tube-core tube, FDCT)新型高层结构体系,用以减小传统筒体围合面积。进而提出框架-分布摇摆芯筒-核心筒(frame-distributed rocking tube-core tube, FDRCT)新型高层结构体系,改善FDCT因刚度削弱导致的抗震能力下降。根据FCT结构、FDCT结构和FDRCT结构的简化分析模型,基于Lagrange方程建立三种结构的动力方程。通过分析地震下结构的时程响应,针对分布摇摆芯筒的质量进行相关参数分析,证明附加摇摆体系的FDRCT结构具备优良的耗能减震性能。对三种结构分别进行了不同场地条件以及不同类型长周期地震波下动力时程分析,结果表明FDRCT结构在不同类型地震波下均有耗能减震效果,且在长周期地震波下更为优越。对三种结构的性能-利润总值进行评估,结果表明在不同类型地震波下FDRCT结构均可实现既能提升结构的经济性,也能保证结构在地震下的安全性能。

框架-核心筒结构外框刚度贡献的直接计算法与间接评估法

针对框架-核心筒结构体系抗震设计,提出2种新的评估外框刚度贡献的方法:直接计算法和间接评估法。前者通过施加侧向荷载直接计算核心筒抗侧刚度和整体结构的抗侧刚度,通过差值比例得到外框刚度贡献率;后者则通过一个新的结构指标“二阶平动周期比”来间接反映外框刚度的贡献率,通过理想案例研究了影响“二阶平动周期比”数值的相关因素和基本规律。选择8个实际工程案例,分别采用2种方法对其外框刚度贡献进行了评价,并对2种方法评价结果的相关性进行研究。对比显示,2种方法得到的结果基本一致,能够相互印证。在此基础上,将框架-核心筒结构外框刚度贡献分为较低、中等和较大3个区间,并分别给出对应的指标数值范围。对2个实际工程采用不同种方法进行外框刚度评估,并对其抗震性能进行验证,结果表明,采用文中方法能够更加合理评价框架-核心筒外框刚度贡献,形成更加科学的抗震设计。

厦门国际银行总部大厦框架-弱连接双核心筒超高层结构方案选型

厦门国际银行总部大厦地下3层,地上45层,建筑檐口高度210m,结构存在外框不连续、核心筒呈双筒布置且筒间连系弱等不利情况,同时有楼板不连续、扭转不规则、刚度突变、构件间断、承载力突变、局部不规则等多项不规则情况。为解决上述问题,设计中对整体结构方案、连接体类型、加强层方案等进行了比选分析。整体结构方案比选了巨型框架-核心筒结构和外框不连续的非典型框架-核心筒结构两种方案,二者主要结构计算指标均能满足设计要求,综合建筑功能及外观效果要求,采用外框不连续的非典型框架-核心筒结构方案。对结构加强层进行了敏感性分析,确定了加强层加强构件类型、构件布置及楼层设置方案,采用连接体空间桁架,以较小的代价实现了良好的结构性能。

不同支撑模式的巨型支撑框架-核心筒结构的抗震性能研究

目前,巨型支撑对结构刚度的影响已开展了很多研究工作,但是很少有研究考虑在承受地震作用下巨型支撑结构破坏机制。为此,对不同支撑方式对巨型支撑框架-核心筒结构的破坏机理和抗震性能的影响进行了研究,分别从构件的屈服顺序、塑性分布、内力分布、非线性刚度退化以及行为因素等角度研究框架-核心筒结构的抗震性能。研究结果表明,巨型支撑的屈服将改变相邻巨型柱的变形模式,从而影响相邻子结构的可塑性分布。巨型支撑提升了系统刚度,提高了系统强度。此外,在巨型支撑屈服之后,维持较高振幅的轴向力会改变巨型柱中内力的分布,从而降低其延性并进一步影响整体结构的延性。

超高层建筑框架核心筒结构设计中的能量消散与控制方法

该文探讨了超高层建筑框架-核心筒结构设计中的能量消散与控制方法。超高层建筑的结构设计一直是建筑设计与工程领域的重要挑战,尤其是在面临自然灾害和外部力量的情况下。研究旨在通过分析不同的能量消散和控制策略,为行业提供有效的解决方案,以提高超高层建筑的结构稳定性和抗震性,研究了多种设计参数和材料选择,用以优化框架-核心筒结构的整体性能,同时考虑综合考虑可持续性和成本效益。通过深入研究和模拟分析,提出了一系列在超高层建筑框架-核心筒结构设计中的能量消散与控制方法。

基于ETABS和LINGO软件的超高层混凝土框架-核心筒结构优化研究

超高层混凝土框架-核心筒结构优化程序将主体结构造价作为目标函数,将位移约束和构件强度约束同时作为约束条件,并调用ETABS和LINGO进行整体优化。程序通过层间构件归并、结构对称性和标准层划分控制优化变量的数量。通过算例分析,程序基本实现超高层混凝土框架-核心筒结构优化的自动化,具有较好的工程应用价值。

某500m级巨型框架-核心筒结构超强地震作用抗震性能分析

通过初步弹塑性分析发现某500m级巨型框架-核心筒结构在罕遇地震作用下潜在的薄弱环节,分析了结构自身特点和外部输入特征共同导致破坏的原因,通过加强措施对薄弱部位进行改善;基于典型地震波,不断加大地震作用强度,考察结构在超强地震作用中的刚度退化过程,通过周期延长程度、能量耗散比例、外框剪力分担比例变化情况以及构件损坏水平等多个角度对结构的抗震性能进行评估;并通过振动台试验得到的刚度退化数据对分析结果进行校验。研究结果表明,该巨型结构抵御超强地震的总体冗余度较高;竖向收进、构件截面变化以及伸臂桁架等导致的刚度突变较易形成局部集中破坏,但出现破坏的顺序受地震动影响较大;非线性分析方法所得刚度退化规律与试验结果一致,在性能评估中可提供更加丰富的数据结果。

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。

加强层对框架-核心筒结构的经济性和碳排放量影响分析

为考察加强层的形式、数量和位置对超高层框架-核心筒结构的影响,在设防烈度为8度的条件下,建立1个建筑高度为210 m的办公楼基础模型,分别加入不同数量和位置的环带桁架加强层和伸臂-环带桁架加强层.对比分析各模型构件的主要控制指标、结构受力性能,结构经济性和碳排放.结果表明:模型的经济性随加强层数量的增加和楼面售价的提高而增大,碳排放量随加强层数量的增加而减少;伸臂-环带桁架加强层在增大经济性和减少碳排放方面的效果均比环带桁架加强层好.

超高层框架-核心筒结构体系技术经济性研究

为了考察钢筋混凝土框架-核心筒结构对超高层建筑的适用性,针对6度、7度、8度设防,对建筑高度为150~300m的超高层办公楼结构体系进行了较为系统的研究,分别对12个模型进行了非抗震工况组合与抗震工况组合计算分析。针对超高层钢筋混凝土框架-核心筒结构体系的抗震设防特点,给出框架柱与剪力墙型钢设置的原则,研究了楼板、楼面梁、框架柱及剪力墙用钢量和混凝土折算厚度的变化规律。为了保证结构材料用量统计的准确性,对各种工况进行包络设计。在对近年来钢材和混凝土材料价格变动分析统计的基础上,探讨各类结构构件工程造价和结构单位面积工程造价的规律,并考虑建筑高度超过100m后人工降效与机械降效引起施工费用的增加。

采用消能连梁的高层框架-核心筒结构减震方案分析

高层框架-核心筒结构在我国大中城市应用较多,该类建筑往往功能复杂且内部人口密集,若地震中发生严重破坏将造成严重的经济损失和人员伤亡。为了有效控制该类结构地震损伤,利用截面优化型消能连梁对其进行减震设计,通过比较多种减震方案对整体结构地震损伤控制的影响选择最优的减震设计方案。以某17层框架-核心筒结构为算例,采用MSC.MARC有限元软件建立数值模型,利用算例结构缩尺振动台试验现象以及截面优化型消能连梁拟静力试验结果,验证了该数值模型的准确性。进一步利用该数值模型对结构进行动力时程分析,通过层间位移角、损伤云图、附加阻尼比等指标综合对比各减震方案的效果。结果表明:消能连梁的刚度与原结构混凝土连梁相等,且强度略低于原结构混凝土连梁,约为0.8倍时,对整体结构的损伤控制效果最佳;当消能连梁在各楼层满布时,对结构整体的损伤控制效果最好;大震工况下,按上述满布方案设计的消能连梁可以减小结构26.3%的层间位移角,使结构的附加阻尼比达到8.73%。本研究为该类高层结构的消能减震设计提供了参考方案。

某超高层框架-核心筒结构减震性能研究

框架-核心筒拥有较好的抗震效果,整体性、刚度较好,但是在强震作用下水平位移较大,为减少结构的地震响应,文中分析某超高层框架-核心筒结构采用粘滞阻尼器的减震性能。采用MIDASGEN杆系有限元软件对某超高层框架-核心筒结构进行PUSH-OVER分析,得到该结构薄弱层位置。分别在薄弱层、薄弱层中间楼层和薄弱层与薄弱层的中间楼层3种方案设置粘滞阻尼器对结构进行PUSH-OVER分析,对比原结构和3种布置阻尼器之后的层间位移和层间位移角。分析结果表明将粘滞阻尼器安装在非薄弱层减震效果不佳,阻尼器并非安装越多越好,将粘滞阻尼器放置在薄弱层减震效果是最好的,为同类工程减震设计提供理论支撑。

重力柱-核心筒结构体系在某高层塔楼中的应用研究

基于广州某300m高采用高疏柱框架-核心筒结构的办公塔楼的超限设计和《高层建筑混凝土结构技术规程》(DBJ/T 15-92—2021)的相关条文规定,研究了重力柱-核心筒结构体系在该塔楼中的应用可行性,分析了体系的应用优势和劣势。首先通过对标塔楼超限设计中的主要整体设计指标,说明重力柱-核心筒结构体系应用于该300m高的塔楼是可行的。然后对比了两种结构体系中主要结构构件截面尺寸和材料用量、施工难度等方面的差异;结果表明,与疏柱框架-核心筒结构体系相比,重力柱-核心筒结构体系有助于减小外围支承柱的截面尺寸和型钢用量,简化外环钢梁的施工难度,加快施工进度,但核心筒的抗震性能目标和楼板的构造要求有明显提高,在较大程度上降低了体系的应用优势。