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。

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。

钢框架-钢筋混凝土核心筒结构非经典阻尼地震响应分析

钢框架-钢筋混凝土核心筒结构地震响应属于非经典阻尼体系动力分析。为了应用基于振型叠加的CQC法分析地震响应,目前有四类方法可供选择:整体计算方法、模态阻尼比法、强迫解耦法、复模态分析法。这四类地震响应分析方法各有利弊,哪一个方法更为有效,工程师往往不好判断。对于钢框架-钢筋混凝土核心筒结构阻尼比如何取值,本文进行了分析研究,首先综述了上述四类地震响应分析方法的理论背景,根据不同构件单元变形能的大小,提出采用变形能加权平均的方法,计算组合结构的综合阻尼比。通过实例分析,计算结果取得了较好的精度,该方法可以用于工程的抗震分析。

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。

带转换层型钢混凝土框架-核心筒结构模型拟静力试验对抗震设计的启示

介绍一个30层带转换层型钢混凝土框架-核心筒结构拟静力试验的理论分析结果,并研讨这种结构体系抗震设计的几个关键技术问题,包括:结构因柱和剪力墙拉断造成的整体倾覆破坏模式、框架及核心筒的双重抗震作用及所承受的剪力、倾覆力矩、轴力的调整分配、结构的变形控制、抗震能力设计法遇到的结构设计不尽合理的问题。阐述了高宽比较大的框架-核心筒结构按中震弹性或中震不屈服的性能水准设计的优越性。

改变框架-核心筒结构剪力调整策略对其抗震性能影响的研究

框架-核心筒体系是超高层结构的常用结构体系之一。我国规范对框架-核心筒结构设计时的框架剪力做了相关的调整规定,但其在超高层结构中的适用性有待进一步研究。该文对比了中美规范的相关规定,并以一实际超高层建筑为例,改变其剪力调整策略得到新设计方案。并建立新、旧两方案的精细有限元模型,进行了大震弹塑性分析和特大震抗倒塌能力分析。分析结果表明:改变剪力调整策略的新模型设计难度降低,抗大震性能与满足中国规范的原模型相当,且其抗特大震倒塌能力更优。研究结果可以为超高层框架-核心筒结构的设计提供参考。

高层钢框架-混凝土核心筒混合结构振动台试验研究

为了研究高层钢框架-混凝土核心筒混合结构的整体抗震性能,本文设计了一个典型的比例为1/15的20层钢框架-混凝土核心筒混合结构的缩尺模型,在同济大学土木工程防灾国家重点实验室实施了模拟地震振动台试验。本文重点介绍试验中模型结构在各级水准地震作用下的动力特性、加速度和位移反应,描述了模型结构的破坏位置及过程,并根据相似理论得到了原型结构的地震反应。试验研究表明:原型结构基本能够满足我国现行规范"小震不坏、大震不倒"的抗震设防标准;核心筒发挥了主要抗侧力作用;结构在大震作用下有较好的延性;钢框架与核心筒的连接节点在结构设计时应给予重视。

框架-核心筒组合结构体系在选型中的刚度规律

根据外围框架柱与核心筒间框架连梁的不同连接方式可划分为4种不同类型结构,对这4种不同类型的结构抗侧刚度进行了解析和归纳,对其基本周期、框架剪力、核心筒基底弯矩分别进行了对比,给出了各力学特性指标的相对关系计算公式,通过实际工程的反应谱分析进行了验证。将这4种结构类型与带加强层的框架-核心筒结构类型进行类比,提出了5种类型的框架-核心筒组合结构体系的统一刚度特性参数,并给出了合理的取值范围。在上述分析基础上,通过实际工程算例重点讨论了组合楼盖的组合作用和加强方式对结构体系刚度的影响。所得的刚度规律可用于高层结构初步设计阶段的结构选型。

超高层框架-核心筒结构体系技术经济性研究

为了考察钢筋混凝土框架-核心筒结构对超高层建筑的适用性,针对6度、7度、8度设防,对建筑高度为150~300m的超高层办公楼结构体系进行了较为系统的研究,分别对12个模型进行了非抗震工况组合与抗震工况组合计算分析。针对超高层钢筋混凝土框架-核心筒结构体系的抗震设防特点,给出框架柱与剪力墙型钢设置的原则,研究了楼板、楼面梁、框架柱及剪力墙用钢量和混凝土折算厚度的变化规律。为了保证结构材料用量统计的准确性,对各种工况进行包络设计。在对近年来钢材和混凝土材料价格变动分析统计的基础上,探讨各类结构构件工程造价和结构单位面积工程造价的规律,并考虑建筑高度超过100m后人工降效与机械降效引起施工费用的增加。

基于构件性能的RC框架-核心筒结构抗震性能研究

钢筋混凝土框架-核心筒结构是目前我国超高层建筑中广泛采用的一种结构体系。以18个满足我国现行规范的典型钢筋混凝土框架-核心筒结构为例,利用Perform-3D软件对模型进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,并采用基于构件性能的结构抗震评估方法判断结构安全性。结果表明,对于不同设防烈度的地震,7度设防的结构安全度最高,7.5度与8度设防次之。将该评估结果与基于层间位移角的评估结果进行对比分析,进一步论证了基于层间位移角的评估方法尚存在不足之处。

框架-核心筒超限高层结构的抗震性能评估

以结构整体地震响应、材料应变、主要受力构件变形作为抗震性能评估指标,从结构整体和局部的地震响应层面上,综合考察结构的抗震性能.以某体型不规则、高度超限的框架-核心筒超高层结构为研究对象,利用Perform 3D非线性软件对该结构进行非线性动力时程分析.分析结果表明:结构整体变形满足规范要求;各主要受力构件变形性能处于基本完好状态,仅位于结构平面缩进处的剪力墙和框架梁发生较大弹塑性变形,但其平均变形仍处于基本完好状态.基于结构整体与局部构件抗震性能评估可知,该框架-核心筒超高层结构满足抗震性能指标要求.

超高层钢框架-钢筋混凝土核心筒结构弹塑性时程分析

基于合理的材料弹塑性(损伤)本构关系模型,利用通用有限元软件ABAQUS建立了超高层钢框架-钢筋混凝土核心筒结构的精细有限元模型,考虑了结构的几何非线性和材料非线性性能,包括了钢材和混凝土材料的塑性损伤演化。进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,获得了核心筒和楼板的损伤演化过程、顶点位移时程曲线、基底剪力时程曲线、楼层位移角包络曲线以及地震作用下整体结构的能量反应规律。结果表明,罕遇地震作用下混凝土最大损失出现在这类结构体系中核心筒底部,为保证其在罕遇地震作用下更好的工作性能,建议在核心筒底部加强区域增设型钢和提高剪力墙配筋率等措施。采用非线性有限元分析方法,可较为清晰的揭示这类结构体系在罕遇地震作用下的工作特性,有关方法可为同类研究提供参考。

超高层钢框架-核心筒结构弹性与弹塑性时程分析结果对比研究

利用通用有限元软件ABAQUS建立了超高层钢框架-钢筋混凝土核心筒混合结构的精细有限元模型,对其进行了罕遇地震作用下的弹性时程分析和弹塑性时程分析,充分比较了时程分析获得的计算结果,包括顶点位移时程曲线、基底剪力时程曲线、楼层位移角包络曲线以及地震作用下整体结构的能量反应规律.结果表明:弹塑性分析模型在结构进入弹塑性阶段之后,结构刚度降低,与弹性分析结果相比,结构的地震反应程度更小且存在滞后现象.有关论述和方法可为同类研究提供参考.

带偏心支撑钢框架-混凝土核心筒结构抗震性能研究

在高层钢框架-混凝土核心筒结构的外钢框架部分加设多列式并连偏心支撑、多列帽腰连偏心支撑,采用结构分析与设计的通用有限元分析软件对未设支撑、设置偏心支撑、改变偏心支撑的位置和数量的高层钢框架-混凝土核心筒结构的地震反应特性进行了分析.利用振型分解反应谱法对该结构的自振周期、结构侧移、层间位移角、倾覆力矩比、各层总剪力、各层总弯矩、钢框架承担的剪力及剪力调整系数等指标进行了研究.根据分析结果提出了高层钢框架-混凝土核心筒结构抗震设计的偏心支撑分布方式和帽腰支撑设置的原则,为实际工程设计提供了理论参考.

极端火灾作用下典型超高层混凝土框架-核心筒结构的连续倒塌分析

911事件以来,意外荷载作用下超高层结构的连续倒塌问题日益受到关注。该文采用考虑高温作用的高性能有限单元、高温破坏准则及生死单元技术,对极端火灾作用下典型超高层混凝土框架-核心筒结构的连续倒塌进行了分析。研究发现,该结构系统中的多层结构共同承受火灾作用时,由于火灾热膨胀变形的影响,超高层框架-核心筒结构产生类似桁架拱的整体受力机制,使得结构体系内不仅在水平方向发生内力重分布,而且在竖向也发生内力重分布。楼盖系统的热膨胀和破坏失效对外围柱的破坏具有重要影响,最终造成外围柱由于较大的二阶效应而发生受弯破坏,触发了整体结构系统的连续倒塌。

某500m级巨型框架-核心筒结构超强地震作用抗震性能分析

通过初步弹塑性分析发现某500m级巨型框架-核心筒结构在罕遇地震作用下潜在的薄弱环节,分析了结构自身特点和外部输入特征共同导致破坏的原因,通过加强措施对薄弱部位进行改善;基于典型地震波,不断加大地震作用强度,考察结构在超强地震作用中的刚度退化过程,通过周期延长程度、能量耗散比例、外框剪力分担比例变化情况以及构件损坏水平等多个角度对结构的抗震性能进行评估;并通过振动台试验得到的刚度退化数据对分析结果进行校验。研究结果表明,该巨型结构抵御超强地震的总体冗余度较高;竖向收进、构件截面变化以及伸臂桁架等导致的刚度突变较易形成局部集中破坏,但出现破坏的顺序受地震动影响较大;非线性分析方法所得刚度退化规律与试验结果一致,在性能评估中可提供更加丰富的数据结果。

某钢框架-混凝土核心筒超高层结构设计中的关键技术

在超高层建筑中,外围的框架柱多为型钢混凝土柱或钢管混凝土柱,鲜有采用纯钢框架柱,为了探索钢框架-混凝土核心筒结构在超高层建筑中的应用,以实际工程为例,首先通过对比四种框架-核心筒结构方案,衡量建设期与运营期经济效益,并结合建筑工业化方面进行结构选型;其次简要介绍钢框架-混凝土核心筒超高层结构的常规分析;最后从层间位移角的控制、竖向变形差的控制、梁墙刚接加强节点的设计、外框钢柱的屈曲分析及弹塑性时程补充分析角度,重点论述钢框架-混凝土核心筒超高层结构设计所采取的一系列关键技术,以保证结构的安全性和合理性。