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。

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。

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。

肇庆某超高层框架-核心筒结构设计

对肇庆某超高层框架-核心筒结构的结构设计过程要点进行了描述,通过合理的结构布置和计算分析,并加强薄弱部位抗震构造措施,使结构整体和各构件的抗震性能达到设计的预期目标。

高层框架-核心筒结构模态响应及水平荷载作用下变形分析

利用ANSYS通用有限元分析软件和PKPM-SATWE设计软件对某框架-核心筒结构进行对比分析,从结构的动力特性和变形分析的准确程度上考虑,提出适合于工程实际且较为简便合理的建模方式和分析方法。

高层框架-核心筒结构地震反应分析

地震作为最具破坏力的灾难之一,给人们的生命安全和财产安全都带来了极大的威胁,建筑结构的抗震性能也愈发受到学者们的关注。框架-核心筒结构因其抗震性能,在高层及超高层建筑中的应用越来越普遍。因此对框架-核心筒结构进行地震反应分析是十分有必要的。为探究某高层框架-核心筒建筑在地震作用下的反应,笔者运用有限元程序建立模型,并对其进行水平地震效应分析。

基于连接形式的超高层框架-核心筒结构的抗震性能分析

结合某超高层型钢混凝土框架-核心筒结构的工程实例,在对伸臂与外框柱的连接方式分别定义为铰接、半刚接、刚接3种连接形式后进行了建模,并对不同模型分别进行了多遇地震作用下振型分解反应谱分析。通过改变伸臂的截面形式及布置,分析了伸臂与外框柱不同连接方式对单片抗侧力构件内力的影响。

超高层框架-核心筒结构竖向变形差的实测与分析

以南海荣耀国际金融中心为工程背景,对塔楼的12、23、35层、主屋面(169.75 m)及塔顶(179.50 m)楼层的外框架柱与核心筒进行设点观测。基于观测结果,得到从结构施工到结构封顶258 d后外框架柱与核心筒的竖向变形差,并对观测数据进行曲线拟合分析,预测出结构封顶2年后相对观测点的竖向变形差。利用有限元程序SATWE分析外框架柱与核心筒的竖向弹性变形差。考虑混凝土收缩徐变以及竖向构件含钢率的影响,利用有限元软件MIDAS/GEN的CEB-FIP 1990模型进行施工模拟,分析从结构施工至结构封顶2年后外框架柱与核心筒的竖向变形差;通过对比实测数据与有限元模拟数据,分析由竖向构件变形引起的框架梁端的附加弯矩可调幅度。结果表明:对于超高层框架-核心筒结构,考虑了混凝土徐变和收缩的实测变形差比弹性计算变形差小约70%,即由竖向构件变形差引起的连接处框架梁端的附加弯矩值比有限元的模拟值小很多。研究认为,DBJ 15-92—2013《高层建筑混凝土结构技术规程》第5.2.4条中,对高层建筑结构中框架梁附加弯矩的调整幅度上限值可提高到40%。

基于时变力学分析的某高层框架-核心筒结构施工模拟

基于时变力学理论,讨论了施工过程模拟的力学原理和慢速时变结构基于时间冻结法和有限元生死单元技术的求解方法。采用观测层以下各层不施加重力加速度的方法模拟了施工过程中的找平措施,使得观测层的变形仅由其上各层的重力荷载和施工荷载引起,而不受其下各层累积变形的影响;同时各层的质量和刚度仍然计入总体结构的质量和刚度矩阵,满足了结构整体分析的要求。用三种不同的施工模拟方法对某典型的高层框架-核心筒结构进行了对比分析。结果表明,由于近似模拟施工方法考虑了施工找平措施的影响,计算结果比一次加载法更加接近施工过程的实际情况;同时,近似模拟施工方法的质量矩阵和刚度矩阵在整个模拟过程中只需组集一次,建模过程和计算所需工作量均远小于精确模拟施工方法。

转换层设置高度对超高层框架-核心筒结构力学性能的影响

研究了转换层设置高度对超高层框架-核心筒结构力学性能的影响情况。计算结果表明,转换层设置高度对结构的自振周期、刚重比等整体性能指标影响较小。但是,随着转换层位置的上升,转换层处的地震作用发生了突变,楼层的地震剪力出现了不同程度的增大。并且,不同高位转换时,框架柱剪力百分比在转换层附近出现突变。这些高位转换带来的不利影响,需引起工程设计人员的警惕。

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。

超高层框架-核心筒结构的扭转刚度及其稳定

为了控制超高层框架-核心筒结构的侧向刚度和扭转刚度,以临界屈曲因子为参数,讨论了弯曲、扭转双重二阶效应对刚度的影响。推导了结构的临界屈曲因子与自振周期的关系,指出扭转临界屈曲因子是合理反映超高层框架-核心筒结构扭转刚度的力学参数,推荐采用扭转临界屈曲因子替代周期比评估结构的扭转刚度。选取两个超高层框架-核心筒结构工程案例及其参数测试模型,通过几何与材料非线性分析,分析了超高层框架-核心筒结构屈服后,临界屈曲因子、刚度折减、地震作用之间的相互关系。结果表明,偏小的扭转临界屈曲因子和扭转与弯曲临界屈曲因子比会引起更多的刚度折减,扭转临界屈曲因子有可能成为结构刚度设计的主导参数。根据刚度折减-地震水准关系曲线和刚度折减-临界屈曲因子关系曲线,给出了弯曲和扭转临界屈曲因子容许下限的建议值分别为7.5和2.5。

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.

某框架-核心筒超高层塔楼结构设计

某框架-核心筒超高层塔楼,为超B级高度建筑,高宽比7.21。为减轻自重并增加结构抗侧刚度,采用型钢混凝土柱+钢筋混凝土核心筒+环带桁架+伸臂桁架组成的结构体系。采用两种结构分析软件对塔楼的力学特性和抗震性能进行对比分析。通过筛选地震波进行弹性时程分析、补充分析及抗震性能化设计;针对结构特点和薄弱环节进行分析并采取加强措施。

高层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构基于性能的层间位移角限值研究

在基于性能的抗震设计中,为了控制建筑结构不同程度的损伤,保证结构具有一定的可恢复性能,需要对建筑结构在不同性能等级下的层间位移角进行限制。利用PERFORM-3D软件对四个不同高宽比的高层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构进行增量动力分析,得到了不同强度地震下连梁、墙肢、框架梁及框架柱损伤的大小和分布。根据各类构件在地震作用下的损伤分布,建议了高层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构的性能等级划分方法。基于结构的易损性分析结果,得到了高层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构在不同性能等级下的层间位移角限值,并研究了高宽比对不同性能等级下层间位移角限值的影响,为高层混合结构基于性能的抗震设计提供参考。

高层异形型钢混凝土框架-核心筒石雕像结构设计

福建南安62m郑成功大型石雕塑像为我国少有的高层石雕像结构,其结构体系为高层异形型钢混凝土框架-核心筒组合结构。首先采用盈建科(YJK)和MidasGEN两种软件进行了小震弹性计算,同时采用风洞试验及YJK开展抗风性能分析。计算结果显示,结构的层间位移角、侧向刚度比等指标均满足规范要求。然后,采用SAUSGE软件进行动力弹塑性分析,确保结构可以实现大震不倒的性能目标。通过以上分析结果可知,此高层异形组合结构的工作性能均能满足规范要求,可供同类工程设计借鉴。

框架-核心筒超高层结构抗震设计

超高层建筑的抗震设计一直都是人们研究的热点。随着抗震设计的不断发展，基于性能要求的抗震设计方法已经得到广泛的应用。本文即结合相关实例分析了框架-核心筒超高层结构抗震设计。

大底盘框架—核心筒结构筏板基础荷载传递特征的试验研究

通过两台1∶6大比例室内模型试验,对单体高层框架—核心筒结构和带1跨2层裙房的大底盘高层框架—核心筒结构在正常工作状态下荷载传递规律进行研究。试验结果表明,大底盘模型地基反力曲线呈"盆形"分布,单体模型地基反力则呈"鞍形"分布。相同上部荷载作用条件下,大底盘模型主楼中部地基反力值与单体模型中部地基反力值基本相等。地基反力由中部核心筒逐渐向主楼和裙楼的边柱、角柱传递,横轴方向柱下地基反力增速最快。正常工作状态下,大底盘模型裙房下地基反力平均值约为核心筒下地基反力平均值的1/2。

超高层框-筒结构施工过程的数值模拟

采用有限元程序ANSYS,建立超高层钢框架-核心筒结构的上部结构与地基基础共同作用的整体三维模型,利用ANSYS程序中生死单元技术,模拟分析上部结构逐层施工的过程,研究施工过程中筏板基础的沉降、内力及基底反力的变化规律,并分析了上部结构刚度对筏板基础受力及沉降的影响。考虑上部结构共同作用时,筏板基础的弯矩和差异沉降都将减小,有利于筏板基础受力。