基于能量平衡的既有建筑结构抗震加固性能化设计方法研究

由于规范标准对结构抗震设计要求的不断提高以及结构在长期服役过程中性能的逐渐劣化,既有建筑结构的抗震性能不再满足设计要求,开展其抗震加固设计研究势在必行。然而,目前的加固设计方法往往需要大量的非线性动力计算反复迭代,增加了设计的难度,降低了其适用性。基于能量平衡概念,提出适用于增设消能减震装置的既有建筑结构抗震加固性能化设计方法。该方法考虑了多地震水准性能目标,设计过程中无需开展非线性动力计算,且迭代次数少。采用所提方法对Benchmark钢框架结构进行加固设计,通过非线性动力分析评估了加固前和加固后结构的抗震性能。研究结果表明:加固后,所有楼层的位移角均明显降低,小震、中震和大震时的平均降幅约为20%,可见加固后结构抗震性能得到了显著改善;加固结构在小震、中震和大震下的层间位移角均与设计值吻合,实现了预期的层间位移角和屋顶位移角目标,验证了所提方法的有效性;所提方法设计的阻尼器在小震时整体保持弹性状态,在中震和大震时进入屈服耗能状态,实现了预期的耗能机制,且阻尼器延性需求沿楼层的分布较为均匀,进一步表明了设计方法的合理性。研究成果可为既有建筑结构的抗震性能加固设计提供参考。

《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构设计规程》抗震性能化设计规定的分析对比

《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010,2016版)和《高层建筑混凝土结构设计规程》(JGJ 3—2010)均有抗震性能化设计的规定且略有不同,工程师在执行中可不避免地产生困惑。本文分析两本规范抗震性能化设计的规定,从荷载-位移曲线的角度阐述性能目标、性能水准的含义,并对比两本规范的设计参数。列举29个采用性能化设计方法的工程实例,分析位移指标的取值依据。根据上述两方面分析,总结两本规范性能化设计规定的不同点,并给出设计建议。

杭州星创城综合体项目塔楼A超高层结构抗震性能化设计

杭州星创城综合体项目塔楼A地上45层、地下2层,结构高194.3m,结构形式为圆形钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒,结构同时存在扭转不规则、楼板开洞等情况。为了实现结构预定的抗震性能目标,首先对可选的两种结构体系方案进行了优化比选,并通过设缝、优化层高解决了结构的平面、立面规则性问题。然后,采用YJK和MIDAS Gen两种计算软件对塔楼A进行了多遇地震作用下的弹性比较计算和时程分析,并通过性能设计和罕遇地震动力弹塑性时程分析,对结构在设防地震和罕遇地震作用下的响应进行了进一步的研究。最后,根据上述分析计算结果对结构的关键部位及薄弱部位采取了有针对性的加强措施。分析结果表明:整体结构及结构构件有良好的抗震性能,能满足设定的抗震性能化设计目标,结构安全可靠。

某重点设防类幼儿园建筑抗震性能化设计与对比分析

为保障幼儿园、中小学等公共建筑的建筑安全,我国对于重点设防类建筑的抗震要求不断提高。文章通过对安徽省合肥市肥西县某新建重点设防类幼儿园设计模型进行分析,比较抗震性能化设计前后的设计模型,得出一般结论,以期为此类重点设防类建筑的设计和施工提供依据和参考。

建筑结构设计中抗震性能化设计要点探讨

抗震性能化设计是结构设计中必不可少的一个环节,在地球地壳的不断运动中,产生的地震作用对人类生产生活的建筑产生了不同程度的破坏,影响人类生命和财产的安全。建筑设计是为了满足人民的生产和生活的需求,建筑的结构设计则是进一步的保障建筑的安全,随着社会的发展和科学技术不断的进步完善,同时为应对随时有可能发生的地震灾害,减少地震引起的经济损失和人员伤害。建筑抵御地震的综合能力在结构设计中成为了重要的指标。在现有的工程结构设计当中,由于建筑的体型、功能、效果、环境等多种因素的控制,与建筑相匹配的结构也会有不同的合理方案。建筑结构的设计人员应根据具体工程的实际情况,针对建筑的功能特点,灵活变通,多方考虑,化繁为简,选择科学合理的结构方案。由于建筑特殊的要求,使得结构也会存在一定的不规则性,也必须提出与建筑匹配的方案,通过抗震性能化分析设计,保障结构的安全性,经济性与稳定性,论文简单阐述了建筑结构抗震设计的基本特点,以及建筑结构设计中抗震性能化设计的基本要点。

基于预选屈服机制的钢框架中心支撑结构抗震性能化设计

以1栋9层钢框架中心支撑结构为背景,采用YJK软件建立有限元模型并进行了弹塑性分析,对塑性铰分布、可能出现的塑性耗能区和拟设定的塑性耗能区进行对比研究。结果表明:塑性铰的开展机制和预设吻合较好。设计时构件的实际性能系数满足最小性能系数,能够满足塑性耗能区应具有的延性。钢框架中心支撑结构体系整体在高烈度区滞回曲线不饱满,底层支撑破坏后,刚度退化较大,导致底层柱的损伤累计效应较大,破坏较严重。

混合联肢PEC墙结构基于合理失效模式的性能化设计方法研究

基于性能化设计理念,提出了混合联肢PEC墙结构基于合理失效模式的性能化设计方法:以结构达目标位移时实现合理失效模式作为性能目标,基于能量平衡原理确定结构设计基底剪力,并给出符合失效模式的侧向力分布;依据给定目标塑性耦连比分别求解钢连梁和PEC墙肢底部加强区内力需求;采用塑性设计方法设计钢连梁和PEC墙肢底部加强区截面,采用弹性设计方法设计PEC墙肢非加强区截面,保证结构实现预期性能目标。依据提出的基于合理失效模式的性能化设计方法,设计了12层混合联肢PEC墙算例结构,对其进行Pushover分析和弹塑性动力时程分析,验证了该方法的可行性。基于合理失效模式的性能化设计方法设计的混合联肢PEC墙结构抗震性能良好,地震作用下,各层钢连梁首先剪切屈服耗散能量,然后PEC墙肢底部形成弯曲塑性铰,塑性铰分布及发展过程符合预期,实现了“两阶段耗能体系”设计目标。

某超限砌体结构性能化加固设计方案的探讨

某砌体结构原设计为办公楼,为满足建筑功能调整进行了改造,设防类别调整为重点设防类。结构存在平面不规则、高度超限、局部承重墙体拆除等难点。在该结构的改造加固设计过程中,提出了砌体结构性能化加固设计方法,即小震作用下的构件承载力验算+综合抗震能力指数验算,中震及大震作用下的性能化结构设计。根据已有研究成果,提出了混凝土板墙砌体加固的性能化指标,对使用SAP2000建立的三维等效模型进行了计算和分析。结果表明,加固后结构的抗震能力大幅提高,各项指标满足规范要求。

某多塔连体高层结构抗震性能化分析

某多塔连体高层建筑由3栋高度不同的高层建筑和高位钢结构连接体组成,连接体与主体结构之间设置摩擦摆隔震支座,支座位移较大的位置设置黏滞阻尼器。对整体结构进行了考虑支座非线性的整体建模分析,并与单塔独立模型的模拟结果进行对比。结果表明:设计所选用的弱连接有效减小了连接体对主体结构的影响,设置摩擦摆隔震支座和黏滞阻尼器减小了各塔楼的地震响应。最后,对整体结构进行了动力弹塑性时程分析,研究了结构的位移和层剪力、摩擦摆隔震支座和阻尼器的响应以及构件的损伤变化过程。结果表明:整体结构、摩擦摆隔震支座和黏滞阻尼器、结构构件均满足预定的抗震性能设计目标,该多塔结构在罕遇地震作用下的弹塑性反应及破坏机制,符合结构工程抗震概念设计的要求。

超限高层建筑抗震性能选取与相应针对性设计措施实例解析

随着中国建筑行业的飞速发展,人们对建筑审美与建筑功能的要求越来越高,我国出现了许多结构抗震超限的高层建筑。文章以商业综合体的超限结构为研究对象,分析了结构抗震性能化设计,并提出了加强措施。

桥梁抗震与抗风设计理念及设计方法研究

为提高公路桥梁设计水平,从输入位置、重现期、强度量级等方面对比了地震和风荷载的工程特性,依托现行设计规范和工程案例分析了桥梁抗震和抗风设计理念和设计方法,研究成果表明:桥梁抗震设计需根据桥梁类别和设防烈度选择合理的设计理念和设计方法,验算桥梁构件在地震作用下的受力和变形;桥梁抗风设计可从静力响应和动力响应着手,利用风洞试验分析桥梁结构的变形规律。

某部分框支剪力墙的错层高层结构设计及抗震性能分析

介绍深圳某部分框支剪力墙的错层超限高层的结构和性能化设计,通过建立对比模型,进行弹性和动力弹塑性分析,并从周期、位移、楼层剪力、关键构件等方面分析,以研究错层布置及框支转换对结构刚度和承载力的影响。结果表明:错层对结构的整体刚度影响较小,对剪力墙、楼板构件的内力影响较大,通过合理的设置拉通层以及相应的加强措施,能使结构满足设定的性能目标要求。

高层建筑钢结构工程中抗震性能化设计的应用

为了提高建筑结构的抗震性能,减少高层建筑在地震中的损失,本文通过介绍高层建筑钢结构工程的特点,分析高层建筑钢结构工程中抗震性能化设计的意义,总结高层建筑钢结构工程中抗震性能化设计的具体应用,结果表明:通过采用合理、科学的抗震性能化设计,能够更好地实现建筑结构在地震作用下的变形能力、耗能能力以及延性性能等,确保建筑物结构能够满足抗震设防要求,保证建筑结构具有较高的安全性和稳定性。

某高层住宅项目弱连接楼盖的抗震性能化分析和设计

弱连接楼盖作为协调各分肢与核心筒内力和变形的关键构件,结合某十字形弱连接的超限高层建筑,分析了弱连接区域楼板剪力得出来的几种方式;在设防地震作用下,对核心筒周边弱连接区域的楼盖进行抗剪截面及受剪承载力分析,对弱连接区域的边梁的拉应力的配筋进行复核;对罕遇地震下的弱连接楼盖进行不屈服验算。分析结果表明:弱连接区域的楼板作为传力的关键构件相对其他区域要加厚,并加强其配筋,其弱连接区域的边梁应该加强其腰筋的配筋,以满足其中震受剪弹性、大震受剪不屈服的性能目标。

《建筑结构抗震性能化设计标准》发布实施,欢迎订购!

由华东建筑设计研究院有限公司会同有关单位历时两年多编制而成的中国勘察设计协会团体标准《建筑结构抗震性能化设计标准》(T/CECA 20024—2022),已于2022年12月1日正式颁布实施。编制团队以我国近十年来抗震性能化设计的实践为基础,以大量试验、理论分析和数值模拟研究成果为支撑,参照国内外现有规范及技术条件,编制了相关内容。

新栏目开播!带您详细了解抗震性能化设计

《建筑结构抗震性能化设计标准》(T/CECA 20024—2022)历时两年编制而成,已于2022年10月24发布,于2022年12月1日实施。《建筑结构》特约了主要编制专家撰写相关文章,并在第52卷第21期以专栏的形式刊出,同时将在《建筑结构》微信公众号上连载。扫描右侧二维码查看详情。

钢结构抗震性能化设计的理论及应用研究

钢结构抗震性能化设计是通过寻找“低延性-高承载力”与“高延性-低承载力”之间的一种平衡点来达到安全、经济的设计思路。对延性较高的结构,适当降低承载力的要求;对承载力较高的结构,适当降低延性的要求。本文通过对新钢标对钢结构抗震性能化的理论流程进行梳理,同时,通过软件来实现性能化设计给出具体的操作指南。

某钢结构工程中抗震性能化设计的应用

主要介绍了抗震性能化设计与常规抗震设计的区别,便于了解抗震性能化设计的基本思路及其特点。以成都某三层钢框架结构中几何长度达到16.15m的钢框架柱设计为例,介绍了《钢结构设计标准》GB50017-2017第17章抗震性能化设计在钢结构构件设计过程中的具体应用。对钢框架柱按照《钢结构设计标准》GB50017-2017第17章的要求进行设防地震下承载力的验算,在抗震承载力满足的前提下,按照抗震性能化设计的要求放宽对于框架柱长细比限值的控制要求,在保证钢框架柱抗震安全的同时也最大程度满足了建筑功能、立面造型的要求,可以对以后类似设计提供参考。

云南电网省级计量中心BRB-消能减震框架结构抗震性能化设计应用

减隔震技术作为结构抗震主流技术之一,近年来得到越来越多的关注和重视[1],特别是汶川地震后,国家和地方政府相继颁布了多项相关规定[2]-[3],推广应用减隔震技术,以提高我国建筑结构的抗震能力。减隔震技术在桥梁工程中应用比较广泛,目前在民用建筑工程也有较多的应用,特别是超高层等对地震敏感的建筑,对减隔震技术有比较迫切的需求。相比较而言,目前在电力工程设计中应用案例较少。本文以云南电网省级计量检定中心业务用房项目中实际应用的减隔震技术为例,介绍屈曲约束支撑的设计分析过程,为后续电力工程中类似项目提供借鉴。

罕遇地震下上海中心超高层的性能化抗震设计

参照CECS160(《建筑工程抗震性态设计通则》)和ASCE41(《American Society of Civil Engineers/SEI 41—06》),研究确定拟建的上海中心超高层建筑结构的性能化抗震设计目标,提出了直接用于该结构的基于材料本构关系的性能化抗震设计方法,以及基于位移的性能化抗震设计控制指标,选取合适的结构单元模型与合适的非线性动力分析技术相结合的方法,对上海中心超高层结构进行整体抗震性能评估.为该结构设计提供了有益的建议,并为基于位移的性能化抗震设计方法积累了资料.