Safety analysis of optimal outriggers location in high-rise building structures

This paper presents the restraining moments of outriggers acting on the core wall and the equation of the horizontal top deflection based on a simplified outrigger model. The deformation compatibility conditions between outriggers and core wall as well as the finite rigidities of outriggers are also considered. One case study was carried out to analyze the horizontal top deflection and the mutation of the restraining moments caused by the variation of outrigger location. The results showed that the method adopted in the paper is simple and reasonable. Some conclusions are valuable to the safety design of high-rise building structures.

Application Analysis of Strengthened Story in Frame-Core Structures

Lateral deflection formulas are presented for analysis of the strengthened story applied to flame-core structures. For the framecore structures with top outriggers and with middle outriggers, the relationship between stiffness characteristic parameters of frame and outriggers and the top drift of structures under different loads is analyzed. It is indicated that when stiffness characteristic parameter of frame is large, outrigger efficiency for top drift reduction is low, and the mutation of internal forces occurs; when the stiffness characteristic parameter of frame is less than 3, installing the strengthened story is advantageous to frame-core structures.

框架承担倾覆力矩的合理计算方法

为理清框架倾覆力矩的相关概念区别,并给出各自合理计算方法,对计算框架、支撑、框架+支撑、局部框架或者局部框架+支撑倾覆力矩的统一解法进行总结,给出相应的力学法。指出框架倾覆力矩和框架承担倾覆力矩之间的显著区别,给出两者的异同以及建筑结构中框架承担倾覆力矩的计算原则,并进一步给出合理计算框架承担倾覆力矩的方法,即修正的统一解法。修正的统一解法适用于一般建筑结构和带竖向构件转换的结构,也适用于带伸臂框架-核心筒结构。最后对典型结构算例的框架承担倾覆力矩进行计算分析,结果合理可行。

成都中海天府新区超高层项目结构设计

成都中海天府新区超高层项目建筑高度488.9m,为西南地区已建和在建的最高建筑物。塔楼采用巨柱框架⁃伸臂桁架⁃核心筒结构体系,具有8个环带桁架层和2个伸臂层,无外围巨型斜撑,次框架柱不连续的特点。介绍塔楼结构设计策略,包括结构整体性能参数、抗震性能目标和关键构件的性能水准的设定。阐述基础、环带桁架、伸臂桁架、巨型钢管混凝土柱、角部大悬挑、塔冠的结构布置及设计;进行了次框架结构的防连续倒塌分析以及加强层楼板、水平支撑、斜柱、斜墙等关键构件的计算分析;给出了与巨柱、伸臂相连的关键节点的构造措施以及结构长期荷载效应下的施工模拟结果和处理措施等。结果表明,结构体系及布置合理安全,各构件能够满足预定的性能目标。

某超高层结构伸臂桁架在罕遇地震下的抗震性能分析

为了解伸臂桁架在罕遇地震下的耗能情况,以某8度区框架-核心筒-伸臂桁架超高层结构为研究对象,采用最小二乘加权调幅法选取7条地震波,基于Perform-3D弹塑性分析软件分析罕遇地震工况下各构件的塑性耗能。结果表明:连梁和伸臂桁架的塑性耗能总量相对均衡,平均占总耗能的73%。随着地震输入能量的增大,伸臂桁架的耗能比例呈上升趋势,从7.4%增加至30%,而连梁的耗能比例呈下降趋势,从75%减小至34%。伸臂桁架耗能的增加减小了连梁的损坏,验证了可将伸臂桁架视为超高层结构“结构保险丝”的观点。研究结果可为优化伸臂桁架性能,推动优化后的伸臂桁架在实际工程中的应用提供理论参考。

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。

带加强层高层建筑中加强层刚度的合理取值

参考已有简化理论分析结果,提取出带加强层高层建筑结构顶点侧移的主要影响因素.采用sap2000对带加强层高层建筑进行有限元分析,研究了倒三角形侧向荷载作用下结构侧向刚度、构件内力与加强层伸臂相对刚度及外柱相对刚度的关系.分析了带加强层高层建筑结构在侧向荷载作用下的受力性能,提出在适当加强加强层附近楼层的前提下,通过结构侧移及构件内力与加强层伸臂刚度、外框架柱的刚度等的关系曲线对带加强层结构伸臂刚度取值进行优化,可供此类结构的设计参考.

超高层建筑结构环带桁架的研究与设计

框架-核心筒结构是超高层建筑中最常用的结构体系之一。当结构抗侧刚度不足时,在设备层设置水平伸臂桁架可以显著增大结构的抗侧刚度,减小结构位移,降低水平荷载作用下核心筒的倾覆力矩。但是传统的伸臂桁架设置会带来一系列问题,例如容易引起结构刚度、结构内力的突变,产生较大的附加内力,连接节点复杂,施工周期长等。而环带桁架加强层可以很好地避免这些问题。在水平荷载作用下,环带桁架加强层核心筒的转动受到加强层楼板的约束,使环带桁架上、下弦所在楼板产生方向相反的移动趋势。由于变形协调,环带桁架弦杆会随着楼板变形,而外围框架柱约束了环带桁架的移动,在外框柱中产生了一对方向相反的竖向力偶,可以有效减小核心筒的倾覆力矩,减小结构的变形,起到"虚拟伸臂"的作用。针对环带桁架的"虚拟伸臂"的作用机理进行了深入研究与分析,利用数值计算模型对环带桁架的位置、高度及环带桁架层楼板的厚度进行了参数化分析,并结合实际工程案例,对考虑"虚拟伸臂"效应的环带桁架的设计提出了合理化的建议,为"虚拟伸臂"在更多工程中的应用提供了理论指导及设计依据。

采用BRB伸臂桁架的某超高层钢结构抗震性能分析

位于8度区某高度为280m超高层钢结构采用内外筒方钢管混凝土框架-中心钢支撑(部分防屈曲支撑BRB)-伸臂桁架-环带桁架结构体系,共设置了863根普通钢支撑,并在结构底部加强区部分斜撑处和伸臂桁架腹杆处一共设置了104根防屈曲支撑。通过有限元法对普通钢支撑拉压不对称进行分析模拟。结果表明初始几何缺陷对普通钢支撑轴力的影响较大,长细比越大受压承载力下降越显著。采用ABAQUS对该结构进行了动力弹塑性时程分析,对结构在罕遇地震作用下的抗震性能进行了论证分析。结果表明,该结构满足"大震不倒"的抗震设防目标。

高层建筑结构中粘滞阻尼器的新型安装方式

在建筑结构中,一般粘滞阻尼器均布置在层间,但在有些情况下较小的层间位移差在一定程度上制约了阻尼器性能的充分发挥。系统回顾了为解决这一问题,目前最新的一些解决方案:改进层间阻尼器的连接方式,如基于连杆结构、杠杆原理与齿轮机构的位移放大系统,及大对角支撑;新型结构保护系统,如利用结构构件竖向振动位移及框架核心筒结构的加强层阻尼系统等,并重点分析了加强层阻尼系统。

高层建筑中伸臂桁架的耗能性能研究

伸臂桁架是超高层结构中的关键构件,改善其耗能能力对提升结构的抗震性能具有重要意义。常见的伸臂桁架形式主要有普通支撑型伸臂桁架、屈曲约束支撑型(BRB)伸臂桁架和阻尼型伸臂桁架等。该文从框架-核心筒-伸臂桁架结构体系入手,对普通支撑型、屈曲约束支撑型和阻尼型伸臂桁架的受力性能和耗能性能进行了研究。结果表明,结构采用不同的伸臂桁架会对其在地震作用下的地震能量输入和耗能分布产生一定影响。和普通支撑桁架体系相比,屈曲约束支撑型和阻尼型伸臂桁架结构体系具有更好的耗能性能。此外,在对核心筒的损伤程度控制方面,阻尼型伸臂桁架的作用更加明显,而在整体结构的位移响应控制方面,BRB伸臂桁架的效果最好。

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.

水平加强层对筒中筒结构空间受力性能的影响

设置水平加强层可以降低由裙梁柔性导致的框筒剪力滞后效应,增强结构空间受力性能,提高结构抗侧刚度。通过对若干算例进行空间有限元分析,讨论了加强层的刚度、布置状况等对外框筒剪力滞后效应、结构抗侧刚度等的影响,并提出了加强层设置的建议。

某高层建筑带加强层结构设计方案分析

对某高层建筑带加强层结构设计方案进行了分析。阐述了加强层结构的基本概念,如加强层对核心筒和框架柱内力的影响、加强层对结构变形的影响以及加强层的合理位置等。结合一幢约150m的高层建筑对几种加强层设置方案进行了对比分析,内容包括各种加强层设置方案对结构刚度、内力和薄弱层位置的影响等,并给出了设计建议。

超高层结构伸臂桁架的承载力及刚度简化计算

对超高层结构体系中常用的伸臂桁架-单斜腹杆型式(N型)从桁架机制与刚架机制出发、依据伸臂桁架破坏模式建立了简化计算模型,揭示其受力机理.采用有限元模型对伸臂桁架的承载力和刚度指标进行了评估,得知斜腹杆是伸臂桁架主要的受力构件,对伸臂桁架整体承载力以及刚度均起着决定性作用.有限元计算值同简化模型计算结果较为接近,表明所提出的简化模型可以应用于伸臂桁架初步设计中的承载力及刚度的计算.

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.

某大高宽比超高层结构分析与设计

某框架-核心筒结构高249.95m,Y向高宽比达到8.2。重点分析了结构的刚重比、层间位移角、剪力墙名义拉应力等参数指标,并通过在避难层设置一道加强层,有效提高了结构侧向刚度,使得刚重比等控制参数满足规范要求。通过对一榀贯通剪力墙伸臂桁架的有限元分析表明,匹配的伸臂桁架刚度可使得伸臂桁架及相连的剪力墙及相关节点满足性能目标。针对结构存在斜柱的特点,分析了斜柱起始层拉力情况,并通过采取与斜柱相连的框架梁设置型钢梁及斜柱与核心筒之间设置暗梁等措施,有效降低了斜柱对结构产生的影响;对上述关键部位采取相应的加强措施后,对主体结构进行了大震动力弹塑性分析,结果表明各构件能够满足预定的性能目标。

顶部带伸臂的框架-核心筒结构的稳定性和位移、弯矩放大系数

对顶部带伸臂的框架-核心筒结构的整体稳定性进行了分析。通过对伸臂结构简化模型的分析,了解了伸臂各个组成部分的刚度对结构整体稳定承载力的贡献。采用连续化模型分析了伸臂结构的稳定性,提出了精度非常高的伸臂结构稳定临界荷载的公式。分别推导了不同水平荷载作用下,顶部作用竖向集中荷载时,伸臂结构的位移放大系数和各部分的弯矩和轴力放大系数,并提出了近似计算公式。

基于B3模型的竖向构件差异变形分析

为研究巨型框架伸臂核心筒结构中由收缩和徐变引起的巨柱和核心筒的竖向差异变形,基于B3收缩徐变模型,采用应变增量法进行MATLAB编程,模拟荷载逐层施加的实际施工过程。对某一巨型框架伸臂核心筒结构进行了研究,考虑施工过程、混凝土收缩和徐变影响,对高层混凝土结构构件在竖向荷载作用下的竖向变形进行了计算;计算构件在楼板施工前后巨柱和核心筒的弹性、非弹性缩短以及竖向差异变形;进行了差异缩短变形分析,采用逐层修正法进行补偿。结果表明:考虑重力荷载、混凝土收缩和徐变时,巨柱和钢筋混凝土筒由收缩和徐变产生的非弹性变形占总变形的50%以上,且该比例随时间呈增大趋势;巨柱和核心筒的收缩变形远小于徐变变形,收缩和徐变变形最终趋于一定值;楼板施工结束时竖向变形近似相等的构件,在楼板施工后一定时期的竖向差异变形很大;若顶层楼板施工结束时荷载全部施加完毕,则楼板施工后的最大竖向变形值出现在中间某一层;对于有具体要求的特殊结构,采用逐层修正法可降低差异变形在伸臂桁架中引起的附加内力。

基于内置拉簧的火炮液压调平支腿设计与应用

为避免火炮液压调平支腿在行军时液压锁失效而造成活塞杆自动滑落,在传统液压调平支腿的基础上了,设计了一种内置拉簧的火炮液压调平支腿,介绍了其组成与内部结构,给出了拉簧的设计方法与连接结构,阐述了其工作原理,建立了某车载高炮液压调平支腿的计算模型,利用ANSYS仿真平台分析计算了极限工况下液压调平支腿的刚强度。通过工程应用表明,基于内置拉簧的火炮液压调平支腿具有活塞杆锁定可靠和自动回杆的显著特点。