高层建筑斜交网格结构抗侧移受力机理分析

为研究不同平面形式对高层建筑斜交网格结构受力性能及刚度退化的影响,开展了正八边形斜交网格结构模型的水平推覆试验,建立了平面形式为四边形、六边形、八边形、十二边形和二十四边形的斜交网格结构,并与四边形框筒结构模型进行对比,分析了平面形式对斜交网格结构侧向刚度、延性、内力、剪力滞后和屈服顺序等影响.研究结果表明:不同平面形式斜交网格结构模型的延性系数分布范围为4.27~5.22,随着结构平面边数增加,整体抗侧刚度逐渐增加,且延性越好,受力机理越合理;由于斜交网格结构主要通过斜柱传递轴力,剪力滞后效应明显比框筒结构小,随着平面边数增加,斜交网格结构受压翼缘部的剪力滞比由1.32降为0.82,平面形式为正六边形、正八边形、正十二边形、正二十四边形的斜交网格结构均较平面形式为正四边形时更接近于1.00;在斜交网格结构的水平推覆试验过程中,翼缘部与腹部相交区域的斜柱先屈服,塑性变形增大,再向翼缘部与腹部中部延展,随后沿结构底部向上扩展.

主余震下高层建筑斜交网格结构易损性分析

高层建筑斜交网格结构体系作为一种新型结构体系,其理论研究目前还处于初级阶段。为研究高层建筑斜交网格结构在主余震下的易损性,首先采用Perform-3d建立有限元分析模型并对其合理性进行验证,然后对14条真实主余震记录进行调幅并输入结构进行IDA分析,研究结构在主余震作用下的易损性。研究结果表明:与结构在主震作用下的易损性曲线相比,主余震下的易损性曲线更加陡峭,即考虑余震作用后结构进入各极限状态的超越概率增大,余震作用增大了结构的地震响应。

高层斜交网格结构体系的性能研究

“斜交网格”体系由双向交叉连续环绕建筑外表面的斜杆构成,替代了传统上的垂直柱与斜向支撑的组合,同时承受结构的垂直和水平荷载。斜交网格的刚度较大,能承受很大的水平荷载,因而内框架可能设计成无支撑抗弯刚架,为建筑内部的布置提供很大的自由度。通过静力、弹性反应谱和静力弹塑性等分析方法,对构成这一结构的基本元素——平面斜交网格、斜交网格筒体结构和斜交网格外筒与各种内核结构的组合体系的基本静动力特性进行了分析,并与传统的结构体系进行了结果对比,归纳出这一结构的基本受力性能,可为此类结构的深入研究和设计实践提供参考。

高层钢筋混凝土斜交网格结构振动台试验研究

为对高层钢筋混凝土斜交网格结构的破坏机理及抗震性能进行深入研究,对一高层钢筋混凝土斜交网格建筑进行了1/25的模型模拟振动台试验。在试验中针对模型进入非线性后,相似关系中的弹性模量比并非定值的问题,采用了分级相似关系,使试验结果能更贴近原型反应。研究了模型结构的动力特性和在不同地震烈度作用下的加速度反应及关键位置的应变变化情况,探究造成结构破坏的原因,找出模型结构破坏的薄弱环节。根据斜交网格结构的受力特点,结合模型破坏形态,总结高层钢筋混凝土斜交网格建筑的优缺点,并为高层斜交网格建筑的平面形式设计及材料选择提出建议。

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。

高层框架-斜交网格结构协同受力性能研究

高层框架-斜交网格结构是由高层斜交网格结构和框架结构组成的双抗侧力体系。采用理论推导和数值模拟的方法研究了该体系处于弹性和弹塑性状态下楼层水平剪力分配规律。针对高层斜交网格结构和框架结构协同工作变形特点,提出结构体系的弹性平面简化分析模型,进一步推导出结构侧向变形和剪力计算公式,并研究了结构处于弹性阶段时的剪力分配规律;采用非线性静力推覆法对结构体系在弹塑性阶段的变形特性、刚度退化和剪力分配规律进行了研究。结果表明:高层斜交网格结构和框架结构的协同工作性能良好,结构在弹性阶段,结构刚度的特征值及荷载分布对其剪力分配影响较大;结构进入塑性阶段,斜柱刚度退化速率较快,楼层剪力存在重分配现象。

高层建筑斜交网格结构抗震研究进展综述

高层建筑斜交网格结构凭借斜柱与环梁组成的三角形稳定单元,能够同时承受重力荷载和抵抗水平侧向力。因其拥有较大的抗侧刚度和新颖的建筑外立面,而被成功运用于全球各地的地标性高层建筑。在现有的研究中,斜交网格结构在建筑设计理念、结构性能等方面的研究取得重大进展。为促进斜交网格结构体系在高层建筑结构当中的运用,文中在梳理斜交网格结构发展背景的基础上,综述了斜交网格结构的基本特征、初步设计方法、剪力滞后效应、构件屈服失效顺序、倒塌易损性和结构减震等国内外重要研究进展,同时对已有的研究成果进行总结、归纳和评析,为后续斜交网格结构的抗震研究提供思路与启发。分析表明,由于具有节省材料、模块化建造适应性强等优点,斜交网格结构体系将是实现未来复杂高层建筑结构的重要候选对象之一。与其他结构体系相比,斜交网格结构体系的研究可以认为还处于初步应用的探索阶段,仍需不断地完善其抗震性能的系统性研究。

基于增量动力分析(IDA)方法的斜交网格结构抗震性能分析

斜交网格筒体结构和传统密柱深梁结构不同,其筒体由斜柱与水平梁围成,是近年来抗震研究中的新型结构,在国内外工程中也有着广泛的运用。现有关于斜交网格结构的研究存在静力和单一动力分析,为反映斜交网格结构的真实响应,并消除选取单一地震带来的偶然性,选取多条地震动参数,对两种结构进行增量动力分析(IDA),进一步对两种结构的动力研究提供了依据。结果表明:斜交网格外筒结构在每一次地震调幅计算下的最大层间位移角均小于密柱深梁外筒结构,并更晚进入屈服,且能表现出更好的抗震性能。

弯扭斜交网格结构参数化设计中的几何学理论与方法

从2008年北京奥运会主场馆鸟巢开始,国内出现了一批弯扭斜交网格结构造型的建筑,其中最具代表的是北鸟巢南春茧和北京凤凰国际中心。弯扭斜交网格结构以其优美而独特造型深受建筑师青睐。本文将几何学理论联系工程实际,给出了两种用于弯扭斜交网格结构参数化设计的几何方法。其一,用微分几何方法对弯扭斜交网格结构几何形体进行分析,给出其表面所在曲面参数方程的分析表达。其二,用运动学的观点,通过活动标架、扫掠及放样等造型方法,利用计算机辅助图形学方法得到弯扭斜交网格结构几何模型。两种方法的有效性通过2022年杭州亚运会乒乓球馆设计实践得到了验证。

倾斜斜交网格结构的横向位移特征研究

在一般斜交网格结构的基础上对其施加整体倾斜角度,使其变成倾斜斜交网格结构体系。与竖直结构相比,倾斜结构更需要对由于重力分布不均而产生的倾覆力矩进行抑制。论文先是建立了倾斜框筒结构和倾斜斜交网格结构这2个基本模型,又建立了5种倾斜角度的倾斜斜交网格结构进行相同形式的分析,分析各种结构在水平荷载作用时的剪力滞后现象和对水平荷载的抵抗能力。

某斜交网格结构参数化建模与分析

甘肃体育馆比赛馆外幕墙采用斜向金属网格表皮,采用双层斜交空腹网格钢结构体系,通过内外双层斜交网格及中间的撑杆、水平斜拉杆形成一个可靠的抗侧力体系。内网格通过上端铰接节点和下端滑动节点与主体结构相接,外网格悬挂在顶部支撑结构下,内外网格均为拉弯构件可大幅减小杆件截面尺寸。考虑结构超长,设置14道温度缝结合下端滑动支座解决了温度应力较大的问题。考虑到斜交网格布置规则、有韵律感等特点,适合于参数化建模,本论述利用Rhino软件的编程插件Grasshopper进行可视化编程,采用参数化建模的方法快速生成幕墙结构杆件并导入有限元软件进行后续分析,极大地提高了工作效率。菱形截面撑杆连接内外网格,该处节点受力构造较复杂,对该节点进行有限元分析可保证关键节点处于弹性工作状态。

立面斜交网格高层结构对比分析

某境外保险公司大楼计划建造180m高的超高层建筑,标准层平面为梯形。外立面设置斜柱,交叉斜柱每4层相交一次。境外设计公司提出设计方案:斜柱与边梁组成斜交网格结构,交通竖井周边布置剪力墙,内部其他区域布置框架,三者共同组成抗侧力体系,均采用钢筋混凝土材料。总承包公司在投标过程中,参照卡塔尔塔设计方案,进行详细的计算复核。卡塔尔塔的标准层平面为圆形,外框立面同样为斜交网格结构。从平面形状、边梁拉力、预应力施加难度、节点构造等几个方面进行两栋楼的对比分析,发现保险公司大楼拟施加预应力和节点混凝土应力过大,有安全隐患。保险大楼如果全部采用钢筋混凝土结构,难以解决这么多问题,建议斜交网格采用钢结构,或者采用组合结构。

某斜交网格柱结构的抗震设计

本工程四周采用斜交网格筒体,由斜杆与环梁组成的网格结构体系,承受结构水平和竖向荷载,具有较大抗侧刚度,具有良好的抗扭刚度;通过两种软件对整体结构模型分析结果对比,确认软件结果的正确性;采用MIDAS通用有限元软件对桁架3设置为实体单元,分析得到斜柱不连续对斜交网格结构的影响,错位处加强环梁抗剪刚度;通过对不同布置形式的平面斜交网格结构,布置相同的竖向荷载及水平荷载,明确了斜交网格筒结构的传力路径,得到单拼斜交网格结构的抗侧刚度及竖向传力方式。

基于哈密顿力学的斜交网格筒-核心筒结构协同分析

高层斜交网格筒-核心筒结构是由斜交网格筒与核心筒组成的新型双抗侧力体系,协同分析是结构简化计算的基础。采用连续化方法将斜交网格筒等效为正交各向异性连续筒体,考虑其剪力滞后效应;将开有洞口的钢筋混凝土核心筒简化为双肢剪力墙模型,建立同时考虑内外筒弯曲变形和剪切变形的并联铁摩辛柯梁模型。采用哈密顿力学求解体系对结构进行协同分析,导出结构协同工作的哈密顿正则方程,用两端边值问题的精细积分法求出结构的侧移、网格斜柱轴力和核心筒剪力墙内力,理论推导过程便捷、数值计算结果精确。与有限元方法对比,二者结果吻合良好,误差不超过5%。对结构协同工作性能的影响因素进行了分析。结果表明:基于哈密顿力学的斜交网格筒-核心筒结构协同分析新方法,为斜交网格筒-核心筒结构分析提供了新途径。

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。

钢管混凝土巨型斜交网格筒体结构非线性分析

钢管混凝土巨型斜交网格体系作为筒中筒结构的外筒,使筒体结构具有很大的抗侧刚度,其抗震性能的研究是迫切的需要.本文根据基于性能的抗震设计方法,采用PERFORM-3D软件的纤维模型对超高层钢管混凝土巨型斜交网格筒中筒结构进行了强震作用下的非线性分析,比较了结构在7、8、9度地震作用下的反应。结果表明该结构体系适用于较高抗震设防地区,为该结构体系的应用提供了依据。

斜交网格结构体系的参数分析及简化计算方法研究

斜交网格结构体系由斜交成网格状的斜柱组成，同时承受竖向和水平荷载，具有刚度大、抗侧性能好的特点，已成功应用于广州两塔超高层（432m）结构外筒。针对超高层建筑简中简结构中的斜交网格外筒结构，通过结构力学方法推导最优斜交角度，采用三维杆系单元进行结构整体受力分析，得出了斜交角度、平面形状与结构位移、内力的关系曲线和参数变化规律。结果表明：有角柱和无角柱斜交网格结构的最佳斜交角度分别为53°～69°和63°～76°；随着斜交角度的增大，结构竖向刚度增大而抗扭刚度逐渐减小，但抗扭能力依然较好。平面形状对结构抗侧刚度、最佳斜交角度和柱轴力的影响不大；随平面边数的增加，斜柱的剪力和弯矩及梁的轴力均呈下降趋势。最后基于抗侧刚度控制的设计方法建立简化公式，给出了一种估算矩形平面斜交网格结构斜柱截面的方法，为工程设计提供参考。

空间折板式斜交网格结构施工仿真分析

空间折板式斜交网格结构由于结构体系及节点构造复杂,施工过程中影响结构受力和变形的因素众多,对整个施工过程进行仿真分析和监测成为保证结构施工安全的重要技术措施。以黄石体育馆钢屋盖工程为例,基于有限元理论的状态变量叠加法,进行了其施工过程的仿真分析,确定了施工过程中屋盖结构的关键杆件与部位,并现场监测了主要杆件的应力和节点的位移。结果表明,施工仿真计算值与实测值吻合较好,验证了施工仿真分析方法的有效性和监测的可靠性。

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。

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。