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。

某框架-核心筒阻尼伸臂桁架结构分析

某建筑主体结构高度为172.4m,结构体系为钢筋混凝土框架-核心筒+阻尼伸臂桁架。结构初步设计阶段进行了无加强层、刚性加强层、阻尼伸臂桁架层方案对比。分析了不同黏滞阻尼器参数对耗能效果的影响,不同位置设置阻尼伸臂桁架对耗能效果的影响,以及不同地震加速度作用下耗能效果的影响,本工程证实设置阻尼伸臂桁架层可有效的提供附加阻尼,降低主体结构地震响应。

框架-核心筒结构的酒店结构设计体系应用研究

为了更好对框架-核心筒受力结构进行设计,以福州某酒店项目为例进行研究和分析。在梳理应用案例概况和抗震要求的基础上,对框架-核心筒主楼和裙房的结构设计要点进行分析;结合相关的规范要求,对装配式构件设计、大跨度预应力结构优化设计和外框架设计三个关键环节进行设计,梳理设计要点。研究表明,框架-核心筒结构设计方案满足业主对建筑功能的设计要求,设计方案具有经济性和安全性。

某高层框架-核心筒结构的优化设计研究

建筑工程促进了城市规划建设的可持续发展,因此研究高层建筑结构优化设计方案具有重要的现实意义。本文以某高层框架-核心筒结构工程为例,根据其二层层高突变的问题,制定优化设计方案,解决原始设计方案存在的实际问题。通过对比原始方案与优化方案的位移比、侧向刚度、结构基底剪力,可发现优化后的建筑结构抗震性能得到明显提升,有效消除了二层软弱层存在的结构问题,防止建筑在地震作用下发生较大变形、损伤等工程病害,影响建筑结构的长期使用。

框架-分布双段摇摆芯筒-核心筒体系调谐减震机理及性能研究

为了减小传统框架-核心筒(FCT)结构体系筒体围合面积,进一步提高结构的经济性,提出框架-分布芯筒-核心筒(FDCT)高层结构体系;将分布芯筒与摇摆体系相结合形成框架-分布摇摆芯筒-核心筒(FDRCT)结构体系,旨在控制结构的变形模式。为了降低高阶振型对高层结构的不利影响,进一步提出具有调谐减震性能的框架-分布双段摇摆芯筒-核心筒(FDBRCT)结构体系。建立各结构的动力学模型和方程,并进行平稳随机振动分析,初步证明FDBRCT结构可以更为有效地降低结构的动力响应。对比FCT,FDCT,FDRCT以及FDBRCT结构的时程分析结果,FDCT结构由于刚度被削弱导致抗震能力下降,FDRCT改善了结构变形的不均匀程度,上部楼层加速度有所减小但顶层位移会增大。相较于FDRCT结构,FDBRCT结构的层间位移角最大值明显减小,变形更加均匀,适当降低了顶层位移响应以及内力需求,具备调谐能力的分布双段摇摆芯筒使FDBRCT结构在提高经济性的同时兼具更为优越的抗震、减震性能。

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。

带加强层框架-核心筒结构中单伸臂桁架刚度比的合理取值

推导带加强层框架-核心筒结构顶层位移的简化计算公式,提取影响结构顶层位移的刚度比特征参数:伸臂弯曲刚度比i、伸臂剪切刚度比g、外框架柱弯曲刚度比p。采用ETABS软件建立一253.2 m超高层结构模型,研究水平均布荷载和地震作用下结构的侧移、内力与i、g、p的相互关系。研究结果表明,采用刚度比特征参数i、g、p对结构侧向刚度进行优化是合理可行的,p对结构侧向刚度影响最大,其次是g,最小是i,其中i的取值不宜超过0.6,g的取值宜控制在0.9～3.5区段之间,p的取值宜控制在1.3～4.6区段之间。

含单伸臂的框架-核心筒结构简化模型

对含单伸臂的框架-核心筒结构,将外柱和伸臂参与抵抗倾覆力矩的能力简化为抗弯弹簧,建立平面简化模型研究静力性能,分析伸臂设置对结构整体稳定性的影响.基于Rayleigh能量法提出求解单伸臂的框架-核心筒结构基本频率的近似理论解.针对某工程实例,对比分析理论简化模型和二维有限元模型的分析精度.结果表明,采用这种含弹簧的芯筒-刚臂结构简化模型既能准确分析该类结构的静力反应,又可以有效地估计其基本频率,计算精度满足工程结构设计的需要.

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。

黏滞阻尼伸臂对超高层框架-核心筒结构抗震性能的影响研究

超高层框架-核心筒结构通常设置伸臂桁架以提高结构刚度并满足层间位移角等规范控制指标。采用PERFORM-3D软件建立了带有普通伸臂的刚性方案模型和带有黏滞阻尼伸臂的阻尼方案模型,对比了两种方案在多遇、设防、罕遇地震作用下的层间位移角及结构受力情况,比较了罕遇地震作用下两种方案的残余变形及结构的损伤情况,最后结合构件的耗能对结构损伤进行量化分析。分析结果表明:阻尼方案改善了刚性方案结构刚度突变的问题,结构的抗侧刚度分布更为均匀,同时有效地降低了结构内力;与刚性方案相比,阻尼方案结构顶部残余变形显著减小,核心筒以及外框架的损伤情况得到改善。在地震作用下,黏滞阻尼伸臂充当结构第一道抗震防线,提高了结构的抗震韧性,有较好的应用前景。

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。

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。

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。

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.

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。

带刚臂的钢框架-混凝土核心筒结构的抗震性能分析

对带有刚臂的钢框架-混凝土核心筒超高层结构进行有限元计算分析,并对不同的结构布置和结构内力的突变进行比较分析,研究了刚臂的位置、数量、节点的连接方式改变时,其地震作用下结构地震反应的一般规律.结果表明,在地震作用下,设置一道刚臂的最佳位置在0.466倍房屋高度处;刚臂的数量尽量多设,不仅能减小侧向位移,而且能够减小刚臂处钢柱内力的突变;外围钢框架与核心筒之间采用刚性连接对于结构的抗震性能最有利.