框架-支撑芯筒结构体系的耗能机制研究

为研究框架-支撑芯筒结构在罕遇地震下的耗能机制,对框架-支撑芯筒结构进行弹塑性时程分析,观察结构的耗能分布,并与框架-核心筒结构进行对比,分析设置屈曲约束支撑(BRB)后框架-支撑芯筒结构体系耗能的变化。结果表明:(1)两种结构体系耗能的不同之处在于框架-核心筒结构塑性耗能主要集中在连梁上,而框架-核心筒结构塑性耗能分散在各类构件上,由于钢支撑在罕遇地震下不易屈服,耗能能力未充分发挥。(2)采用BRB等截面替换支撑芯筒的钢支撑,框架-支撑芯筒结构的耗能机制基本保持不变。(3)适当缩小BRB的芯材截面,降低BRB的屈服力,不仅能够降低总体能量输入,而且能够将提高BRB的耗能占比,降低其他构件的塑性耗能,有效地保护了其他构件。可见,理想的框架-支撑芯筒结构宜设置部分或全部采用BRB替代钢支撑。

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。

国家会展中心E1单体结构设计综述

国家会展中心E1单体,地上7层,地下1层。由于地铁从其中心穿过,地下室被地铁线路一分为二,上部结构的最大转换跨度为117m,转换区域存在的弯矩、扭矩与剪力使得结构的受力极为复杂,设计难度大。经过方案比选,结构设计采用了带屈曲约束钢板墙的框架-支撑筒体结构,通过巨型的转换箱形曲梁实现大跨度跨越地铁,采用轻骨料混凝土减小了转换区域的荷载。由于施工期间,地铁需保持正常运营,结构设计与施工采取了多项措施来满足地铁运行的维护保养要求;采用整体结构的缩尺静力荷载试验验证了结构设计的可靠性。

北京泰康大厦钢结构设计

北京泰康大厦为高烈度地震区的超高层建筑。综合考虑建筑形体、功能与布置以及结构抗震要求,主体结构采用双重抗侧力体系钢框架-支撑筒体结构。塔楼外围为钢框架结构,中间核心筒采用带消能梁段的偏心支撑筒体,整体结构具有质量轻、地震作用小、抗震性能优越等优点。整体结构分析表明,结构各项整体指标均满足规范要求。对带消能梁段的偏心支撑筒体、外框斜柱、角部大悬挑楼盖结构以及地下室矩形钢管混凝土柱剪力墙筒体等关键结构构件进行了深入分析,提出了合理的应对措施和设计构造。

闽投营运中心塔楼结构设计与分析

闽投营运中心为带四层地下室临近地铁的高层建筑,针对本工程逆作法施工的特点提出了塔楼结构采用框架-支撑芯筒结构体系的方案。通过盈建科和MIDAS BUILDING两种软件对框架-支撑芯筒结构体系进行了多种地震情况下的计算分析,结果表明所采用的结构体系具有多道抗震防线,耗能性良好,能满足规范要求的各项指标,实现了抗震性能化设计,安全合理。并针对相关的设计参数作出了探讨,提出了一些未来有待进一步深入研究的问题。

闽投运营中心主体结构动力弹塑性分析

为保证结构逆作法的施工质量和地铁车站施工安全,闽投运营中心采用框架-支撑核心筒结构体系。该结构是指将框筒结构的钢筋混凝土核心筒替换成支撑框架筒的结构体系。为检验该结构体系的抗震性能,采用PERFORM-3D软件建立结构三维空间模型,输入7组地震波进行弹塑性时程分析,得到结构的变形、内力及能量情况。结果表明:支撑核心筒和外框架可组成有效的多道抗震防线。钢支撑和框架梁是结构的主要抗侧力构件和耗能构件。同时,框架-支撑核心筒结构表现出与框筒结构一致的内力、变形特征。结构的弹性和弹塑性层间位移角均满足框筒结构水平位移限值要求。可见,框架-支撑核心筒结构体系具有良好的抗震性能,可用于其他类似工程。

五矿金融大厦结构设计

带交叉支撑的巨型框架-筒体结构通常用于超高层结构,结合五矿金融大厦建筑设计的特殊要求,如底部大空间、立面开槽打断外围框架、建筑要求的风帆造型等,该结构形式被应用于本项目,为最大程度满足建筑效果和室内使用空间,地下室创新地采用了三墙合一的结构,塔楼采用了型钢偏置的巨柱结构。

西安安达仕酒店项目结构设计

西安安达仕酒店项目地上50层,地下4层,结构屋面高度223.2m,塔冠顶部高度为247.4m。地上主要使用功能为酒店和公寓,地下主要使用功能是设备用房和停车场。塔楼采用型钢混凝土框架柱+钢中心支撑核心筒+伸臂桁架+腰桁架+吊挂结构的结构体系。大底盘采用钢框架+局部钢中心支撑结构,局部存在大跨度悬挑桁架和转换桁架。存在扭转不规则、楼板开大洞、转换层、刚度突变和承载力突变等多项指标超限,属于超限项目,对结构进行了性能化设计和超限审查。本文介绍了该工程的结构体系、关键计算参数、本项目的重点和难点分析和结构的主要计算结果等。

高烈度区超高层结构抗震设计

建筑高度为275m的喀什国际免税广场采用框架角撑外筒-框架支撑内筒的全钢结构体系。通过比较混合结构、钢结构方案得出,高烈度区的超高层结构采用钢结构方案是科学合理的,强外筒结构设计经济性和结构性能均较好,调整结构布置可以实现内外筒地震剪力基本平衡,优化加强层构件断面、提高加强层相邻层竖向构件的钢材材质可减小刚度突变的危害。

海口双子塔-南塔结构设计关键技术研究

海口双子塔-南塔项目位于海南省海口市,为8度0.30g设防烈度地区在建的超高层建筑,建筑高度为428 m,结构屋面高度为402.8 m。结构采用了空间双向倾斜的巨柱、折线形布置的腰桁架、外凸的巨型支撑和复杂转换结构等形式。对于结构设计中的关键问题,进行了风洞试验、模拟地震振动台试验、关键构件及复杂节点试验和多种分析方法的研究,证实在高烈度、高风压地区采用巨型支撑框架-核心筒-伸臂桁架结构体系是可行的,保证了结构的安全性和经济性。振动台试验结果表明,设置巨型斜撑的外框在地震作用下刚度退化小,具有较好的抗震性能。对于复杂空间布置的外框结构,楼板刚度及传力机制对结构体系影响较大,需要考虑多种情况进行包络分析设计。针对场地条件和上部结构特点,采用了变刚度调平设计方法及大长径比的桩基,通过上部结构-桩-土共同分析保证了结构的安全性和经济性。

天津现代城A区塔楼结构弹塑性分析

天津现代城A区塔楼为大高宽比超高层结构,采用钢筋混凝土框架-支撑-核心筒结构体系,解决了结构短向刚度弱、两向刚度相差大的问题,结构支撑体系采用了普通钢支撑与屈曲约束支撑混合布置的形式,实现地震作用下支撑先于核心筒墙体进入屈服状态,支撑体系既保证结构的刚度,又发挥屈曲约束支撑耗能能力的设计思想。针对结构特点,采用EPDA软件、SAUSAGE软件和ABAQUS软件进行了中震及大震作用下的弹塑性时程分析,得到了支撑受力及结构的损伤状态。分析表明,中震作用下结构主要抗侧力构件基本处于弹性工作状态;大震作用下结构底层核心筒、底层框支柱、与支撑相连框架柱等关键构件出现轻微至中等程度损伤;结构变形满足规范相关要求,结构体系合理可行。

高烈度区某超高层结构抗震设计

建筑高度为275m的喀什国际免税广场采用框架角撑外筒-框架支撑内筒的全钢结构体系。通过比较混合结构、钢结构方案得出,高烈度区的超高层结构采用钢结构方案是科学合理的,强外筒结构设计经济性和结构性能均较好,调整结构布置可以实现内外筒地震剪力基本平衡,优化加强层构件断面、提高加强层相邻层竖向构件的钢材材质可减小刚度突变的危害。

南京青奥中心会议中心结构设计与分析

南京青奥中心会议中心地下2层,地上6层,由于其功能多样性,建筑空间布置、流线设计十分复杂,经比选最终采用钢框架-中心支撑束筒结构体系。着重介绍了该工程结构体系的选择过程、结构体系的受力特点、基于性能的抗震计算原则及方法、整体计算结果、弹塑性时程分析结果。在大量分析计算的基础上,提出了相应的超限设计措施,使得结构能够更好地实现预定的性能目标。

昆明人民路一号广场超高层塔楼结构设计

昆明人民路一号广场超高层塔楼高度为160.5m,采用全钢框架-钢中心支撑核心筒结构体系。介绍了工程结构选型及结构布置,整体计算分析及结果满足现行规范要求。根据性能目标进行整体结构的小震反应谱和弹性时程分析、关键构件的中震不屈服及整体结构的静力弹塑性分析,对薄弱部位采取加强措施,确保结构在满足建筑功能及合理经济的条件下具有较高的抗震性能。介绍用两种方法包络设计二道防线及将地下室钢框架转换为型钢混凝土框架的做法,可为类似结构设计提供参考。

喀什国际免税广场塔楼结构体系设计与研究

喀什国际免税广场由两栋58层、结构高度均为255m的超高层A,B塔楼及22.8m高的4层商业裙房组成。塔楼与裙房之间地面以上设防震缝分开。着重介绍塔楼结构体系由混合结构到钢结构的演变历程、设计面临的挑战,并按抗震概念设计思想有针对性地采取结构加强措施,最终形成了钢框架角部带支撑的密柱外筒-钢框架支撑内筒的筒中筒结构体系。分析结果表明:最终采用的结构体系在水平地震作用下,内、外筒剪力分配合理,符合多道抗震防线的概念设计,结构的周期比、剪重比、层间位移角、稳定性等均满足规范要求。