核心筒偏置超高层混合结构的竖向变形差异分析

在核心筒偏置的超高层混合结构中,由于核心筒与外框的应力水平的差异,在重力荷载下便会产生较大的变形差异。竖向变形差异对结构构件和非结构构件均会产生不利影响,可能会导致幕墙、隔墙、机电管道和电梯等非结构构件受损,造成耐久性和建筑外观方面的问题,还可能会在伸臂桁架等构件中引起严重的附加内力。目前,国内外针对核心筒偏置的超高层混合结构的竖向变形差异问题研究较少。以某超高层结构作为案例,对核心筒完全偏置的超高层混合结构的竖向变形差异进行了详细分析研究,并针对性提出了应对措施与建议。

武汉江城之门大跨刚性连体超高层混合结构收缩徐变分析

武汉江城之门为双塔高位连体的门形超高层建筑,建筑高度241.9m,采用钢管混凝土柱框架+核心筒+加强层+连体巨型跨层桁架结构体系,核心筒角部及相交处内嵌钢骨,部分楼层内嵌钢板。采用SAP2000软件分别建立基于CEB-FIP 90、CEB-FIP 2010、GL2000理论的分析模型和无连体单塔模型,进行了考虑收缩徐变的非线性阶段施工模拟分析,对比了典型竖向构件变形和内力重分布结果。分析结果表明,伸臂桁架可有效平衡外框柱和核心筒的竖向变形差异;高位刚性连体的布置加大了外框柱和核心筒的竖向变形差异,其差异主要为弹性变形,收缩徐变引起的附加变形差异较小;混凝土收缩徐变带来的竖向构件轴力重分布表现为核心筒剪力墙卸载,外框柱和剪力墙内嵌钢骨加载,轴力变化最大值位于连体相邻下部楼层;对伸臂桁架和腰桁架内力影响主要体现为弦杆轴力的增大。

基于温度变化的超高层混合结构构件变形及受力分析

考虑太阳总辐射、温室气体中CO2对气候的影响,通过研究全球变暖与辐射强迫之间的定量关系,建立一个线性关系模型,并以此为基础对未来近100年的上海地区极端最高温度和极端最低温度变化进行预测,分析结构在温度作用下的最不利工况,得出结构的最不利正温差和最不利负温差;基于变化温度方法和一般温度方法,采用MIDAS软件对超高层建筑在温差作用下施工阶段和正常使用阶段巨柱和核心筒的温度变形及两者之间的差异变形进行分析;考虑气温变化对结构典型构件轴力及伸臂的影响。研究结果表明:上海地区极端最高温度和极端最低温度呈上升趋势,到2110年,上海地区极端最高温度将上升3℃;2种方法计算的巨柱和核心筒的竖向变形、差异变形及底部楼层和中部楼层轴力相差很大;伸臂层轴力发生突变,温差作用引起的伸臂内力高达最不利荷载组合的63%。

带伸臂桁架的超高层混合结构施工模拟分析

在各个施工阶段,结构的分层加载及混凝土材料的收缩和徐变等都是随时间而变化的过程。高层建筑混凝土结构技术规程[1](JGJ 3—2010)规定高层建筑结构在进行重力荷载作用效应分析时,柱、墙、斜撑等构件的轴向变形宜采用适当的计算模型考虑施工过程的影响;复杂高层建筑及房屋高度大于150m的其他高层建筑结构,应考虑施工过程的影响。对于带伸臂桁架的超高层混合结构,本文将以横琴金融国际中心为例,采用通用有限元软件MidasGen从以下几个方面考虑施工模拟分析对结构的影响:1)混凝土材料的收缩和徐变因素的影响;2)外框钢梁与核心筒的连接采用刚接或铰接的影响;3)伸臂桁架合拢时间的影响。本文结合工程实例,对以上几种情况进行比较分析,供各位设计人员参考。

大连国贸中心大厦超高层混合结构设计

大连国贸中心大厦为超高层混合结构,工程设计借鉴了国内外同类工程的经验,采用现行国内的规范标准并参考国外法规及多项试验成果进行设计。虽然许多方面突破了国内规范的限制,但采取了调整结构抗侧刚度,增强结构的延性的措施后,经过反复的分析计算,可以保证该工程的安全性和经济性。

超高层混合结构施工阶段结构性能评估与控制

考虑施工期间结构体系的时变性,引入施工阶段基于性能的结构设计(PBSD)方法评估与控制处于不同施工阶段的结构状态,解决了超高层建筑施工过程评估与控制的问题。分析了施工阶段结构体系在竖向荷载与侧向荷载作用下的设计准则,并以上海中心大厦超高层建筑工程为例,分析其在施工阶段的结构性能目标并进行结构性能评估。研究结果表明:基于结构性能目标对施工阶段的结构性能进行评估与控制是可行有效的;对于带伸臂桁架的超高层混合结构,伸臂桁架的合拢时间和位置是控制施工阶段结构性能的关键因素。

基于增量动力分析的超高层混合结构地震易损性分析

在增量动力分析的基础上,结合地震易损性分析,提出了基于增量动力分析的超高层混合结构地震易损性分析方法,该方法可以从概率角度定量评估该类工程结构的抗震性能。以设计的某50层超高层混合结构为算例,采用上述方法对该结构进行地震易损性分析,依据指定不同强度地震作用下各极限状态的结构地震易损性概率,评定该结构的抗震性能。结果表明:该超高层混合结构在7度多遇地震作用下,处于正常使用和基本可使用状态;在7度设防地震作用下,处于基本可使用和修复后使用状态;在7度罕遇地震作用下,处于修复后使用和生命安全状态。该结构基本满足"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震要求,具有良好的抗震性能。

超高层混合结构竖向变形分析及补偿

采用B3模型分析了超高层混合结构竖向构件压缩变形、结构变形补偿、构件差异变形及伸臂合拢时间对伸臂内力的影响。研究结果表明:楼板施工前变形可通过控制设计标高得到补偿,而楼板施工后变形要由B3模型计算分析得到,然后进行预补偿;补偿周期较短时,楼板施工后变形最大值出现在中间某层,随着补偿周期的增加,最大值出现楼层呈上移趋势;不同的施工方法,施工验收时的标高误差区别较大,采用设计标高+标高补偿值的施工方法可使标高误差最小;通过混凝土部分的标高补偿和钢构件部分的长度预调整,结构在补偿周期时达到设计标高;标高补偿值具有时变性,补偿周期时标高补偿值为零;伸臂连接时间越迟对伸臂受力越有利。

津湾广场9#楼超高层混合结构温差效应研究

研究超高层混合结构津湾广场9#楼施工期间日照温差和季节温差的温度效应。考虑太阳辐射、构件空间方位及日照时长影响,确定合理的温度计算工况。建立考虑重力二阶效应的有限元分析模型,分析对比结构变形和受力特点。结果表明：风荷载引起的结构侧向变形为剪切型变形,温差引起的侧向变形为弯曲型变形;在季节温差作用下结构竖向变形明显;在日照温差作用下侧向变形明显;50年一遇的风荷载作用下结构顶部侧移达到190mm,季节正温差和日照温差作用下,结构顶部侧移达到40mm,为风荷载引起变形的21%。

超高层混合结构楼面钢梁连接形式技术经济性对比分析

结合一栋52层、高224.8m的超高层混合结构,对比分析了楼面钢梁连接方式对带加强层的超高层混合结构的性能、施工进度、造价等多方面的影响。分析结果表明,超高层混合结构楼面梁宜用两端铰接或与外框柱刚接、与核心筒铰接的连接形式;通过设置加强层形成刚臂-核心筒抗侧力结构体系能够有效抵抗水平荷载;楼面梁两端铰接与两端刚接相比能够节省约10%的上部结构造价。

弹塑性静力分析法在超高层钢—混凝土混合结构抗震分析中的应用

本文首先介绍了现行国家规范、规程及法规对超高层建筑必须进行弹塑性时程分析的规定,并介绍了目前弹性时程分析及弹塑性时程分析在超高层钢结构建筑抗震设计中应用的现状和不足之处。随后介绍了一种在国外工程界应用较多的弹塑性静力分析方法(Push-over Analysis),详细阐述了该方法的基本原理、计算模型、杆件单元刚度取值、计算程序、计算结果及分析。进而结合实际工程(某超高层钢-混凝土混合结构建筑),采用平面非线性地震反应分析程序(DRAIN-2DX)进行实例分析、

混凝土收缩徐变对超高层巨型混合结构竖向变形和关键构件内力的影响与控制

采用CEB-FIP(1990)规范中的混凝土收缩徐变模型,考虑含钢率、套箍效应对混凝土收缩徐变的影响,计算了某超高层巨型混合结构竖向构件的竖向变形,分析弹性模量发展对竖向构件变形的影响,并研究竖向变形差对关键构件的内力影响。为实现在设定阶段竖向构件达到设计标高,对楼层标高预留高度和竖向构件下料预留长度的控制方法进行了研究。进一步提出减小竖向构件竖向变形差的措施,并通过算例验证了其有效性。研究表明,混凝土弹性模量发展对竖向构件变形影响不大;而混凝土的收缩徐变对超高层混合结构的变形及内力影响较大,应以考虑了混凝土收缩徐变的结构模型作为地震分析的初始态对关键构件进行校核;在带钢管混凝土柱的超高层巨型混合结构中,控制钢管混凝土柱压应力水平适当大于钢筋混凝土核心筒的压应力水平,可有效降低混凝土收缩徐变引起的竖向变形差及附加内力。

大连环球金融中心大厦结构分析

文章以大连环球金融中心大厦项目为例,详细论述了结构设计过程中的问题。结合抗震超限审查中采取的一系列抗震超限措施以及最新的试验研究成果,对结构方案阶段、初步设计阶段和施工图阶段的工作进行了较为系统地总结和研究。

上海中心大厦结构整体稳定性分析及巨型柱计算长度研究

上海中心大厦是由巨型框架-核心筒-伸臂桁架抗侧力体系组成的超高层建筑,结构的稳定性备受关注。根据实际体型和荷载分布情况,采用修正算法推算了结构刚重比,同时对结构在风荷载和地震作用下的P-Δ效应进行了评估。结果表明:修正后的结构刚重比满足规范要求,P-Δ效应能控制在较低的水平之内。整体线弹性屈曲分析也进一步验证了结构具有良好的稳定性。巨型柱作为上海中心大厦的关键构件,其计算长度取值将直接影响结构设计的合理性。通过巨型框架分区模型的线弹性屈曲分析得到巨型柱的临界荷载,由欧拉公式反推出巨型柱的计算长度。

上海中心大厦结构抗风设计

上海中心大厦为超高层建筑,建筑立面呈三维曲面和旋转形态,合理的抗风设计对结构的安全性、适用性和经济性具有重要意义。通过对上海中心大厦的风气候、建筑外形空气动力学优化以及风洞试验研究,获得了体型系数、斯托罗哈数和地貌类别等计算参数,分析了上海中心大厦风致振动、舒适度以及调谐质量阻尼器对风振舒适度的影响。研究结果表明:采用Vickery风场模型预测得到的梯度风速比采用Georgiou模型预测得到的梯度风速有所增加;风荷载下的结构响应大于多遇地震作用下的结构响应,但小于基本烈度地震作用下的结构响应,合成位移角满足1/500限值的要求。

上海中心大厦结构竖向差异变形效应研究

上海中心大厦在长期荷载作用下结构竖向构件间的差异变形会在水平构件中产生较大的次内力。利用MIDAS软件的施工过程模拟功能,得到竖向构件在不同施工阶段的内力情况。通过混凝土B3模型,根据内力计算得到竖向变形。并将竖向变形施加到ETABS整体模型中的相应构件中,考察由于竖向构件之间的差异变形在相应的水平构件中产生次内力情况。在分析的过程中,比较了不同的水平构件连接方案对结构次内力的影响。分析结果表明:随着时间的推移,构件的竖向变形逐渐扩大,竖向差异变形在水平构件产生较大的次内力,工程设计中应该考虑此因素对结构的影响。

华敏帝豪大厦结构设计

华敏帝豪大厦采用了带加强层的框架-核心筒混合结构体系,外围框架柱分别采用了矩形钢管混凝土柱和型钢混凝土柱。系统地介绍了该工程结构体系的特点、抗震性能化设计原则和方法、整体弹性计算结果、罕遇地震作用下的静力弹塑性分析结果以及地基基础的设计。着重阐述了设计中的一些关键问题,包括带暗支撑及型钢的核心筒剪力墙、外围钢管混凝土和型钢混凝土框架、钢管混凝土斜撑转换、加强桁架的设计。

某巨型框架-核心筒-外伸臂结构罕遇地震弹塑性时程分析

为评估某巨型框架-核心筒-外伸臂结构体系超高层建筑的抗震性能,采用ABAQUS对其进行了7度设防烈度罕遇地震作用下的动力弹塑性分析。分析结果表明:结构层间位移角未超过1/100的限值。第二道伸臂桁架以上至89层部分楼层、90层以上发生变形集中,墙肢混凝土受压损伤比较严重;加大分布筋配筋率、增设型钢后,X向墙肢受压损伤显著减轻,采取加大巨柱及框架梁截面、Y向腹墙开洞等调整框剪比的措施后,Y向墙肢受压损伤显著减轻。连梁大部分破坏屈服耗能;巨柱、伸臂和环带桁架型钢基本处于弹性工作状态。关键构件满足抗震性能目标的要求;分析对提高本工程结构抗震性能提出了合理化建议。

上海中心大厦巨型框架关键节点设计研究

上海中心大厦主体结构采用巨型框架-伸臂-核心筒结构体系,节点设计是巨型框架设计中的关键环节。介绍了基于性能的节点设计原则,研究了伸臂桁架与巨型柱连接节点、环带桁架螺栓拼接节点两类典型节点。伸臂桁架与巨型柱连接节点,节点区受力复杂,同时承受较大的轴力与弯矩,运用有限元方法对该类节点简化设计公式的适用性进行了验证。研究表明:简化设计公式能够满足工程精度要求,可作为该类节点初步估算的验算公式;环带桁架螺栓节点具有螺栓拼接长度超长、螺栓数量多、构件截面大及拼接板材厚度大的特点,运用有限元方法研究了该类节点的传力机理,并对螺栓拼接节点的安全性进行了考察。研究表明:该类节点满足指定性能需求下的承载力设计要求,螺栓传力呈现两端大,中间小的受力性态,但随荷载的增加螺栓传力不均匀性呈降低趋势;同时研究还表明,螺栓拼接长度较长会改变构件的力学特性。

天津泰安道五号院施工监测与数值模拟分析

超高层建筑施工周期较长,施工过程中结构力学性能不断发生变化。为研究超高层结构施工过程中的变形和应力规律,以天津泰安道五号院为背景,对结构进行施工全过程监测,得到结构在施工过程的变形和应力数据。建立了考虑施工过程的有限元模型,综合施工模拟数据与监测数据对竖向变形及应力发展规律进行分析。研究结果表明:施工过程中结构竖向变形随施工进度稳定增长;竖向变形差和关键构件应力在整体变化规律和极值上吻合较好;构件应力水平较低,安全储备较高,证明了泰安道五号院施工方案的合理性。