工程项目设计中的结构方案优化

钢筋混凝土框架结构的抗侧移能力在各种常见的房屋建筑结构体系中是较弱的,且当建筑高度接近结构适用高度限值时,这种能力的不足尤为突出。使混凝土框架结构增加抗侧移刚度的方法有:增设少部分剪力墙使其成为框架-剪力墙结构或增设钢支撑成为钢支撑-框架结构。本文以一个实际工程为例,对比了采用有少墙框架-剪力墙结构和钢支撑-框架结构的结构方案差异。在符合抗震规范对结构体系的各项要求条件下,钢支撑-框架结构在抗震性能及经济适用等方面都具有一定的优越性。同时针对框架结构的抗侧移能力不足或框架-剪力墙结构过大的建筑高度范围总结了其他可用的结构体系,并分析了各种结构体系如何满足建筑要求、结构优缺点、适用范围等。最后针对目前建筑工程开发建设中结构方案设计优化存在的问题提出一些建议。     

单跨框架抗震加固方法及其抗震性能研究

采用《＂建筑结构抗震性能指标评估＂研究计划》（ATC-63）建议的地震波库,对单跨框架结构、框剪结构和双跨框架结构进行逐步增量时程分析（IDA）,研究对单跨框架的两种加固方法的实际效果。分析表明,单跨框架改成框剪结构或双跨框架结构后,各项抗震性能指标均得到提高,由于其增设了多道抗震防线,在大震作用下表现出良好的耗能及抗震性能。     

翼墙加固方法对框架结构抗震性能的影响分析

汶川地震震害表明,单跨体系不满足多道抗震防线的要求,在罕遇地震作用下极易破坏,甚至发生整体倒塌,造成极大的人员伤亡和财产损失。翼墙加固方法因布置灵活、施工方便、在地震作用下能起到二道防线作用而得到广泛应用。本文首先研究了翼墙框架柱结构体系动力特性,指出对该类结构宜采用等效截面长厚比不大于4的竖向构件。然后,设计了一栋典型单跨教学楼,并采用翼墙对其加固,通过有限元数值分析,研究了单向、双向翼墙加固方案及不同翼墙长度对框架结构的加固效果。结果表明,不宜采用单向翼墙加固方案,而应采用双向翼墙加固方案,并认为翼墙长度为500mm的双向加固方案为本文算例最合适的加固方案。本文研究为有效地提高多层单跨钢筋混凝土框架结构抗倒塌能力的加固方法奠定了基础。     

消能减震技术在横向单跨框架结构抗震加固中的应用

对多层横向单跨框架结构增设屈服力较小的钢滞变消能器支撑进行抗震加固,以提高结构整体抗侧刚度、增加单跨方向结构冗余度,解决单跨框架结构抗震不利的问题,仅对横向单跨框架加固问题进行讨论。采用PKPM,ETABS软件分别进行小震反应谱计算,并进行小震、中震、大震时程分析。分析计算表明,小震作用下,钢滞变消能器首先屈服耗能,作为第一道防线起到了保护主体结构的作用;大震作用下,钢滞变消能器耗能效果明显;钢滞变消能器支撑加固能有效地增加结构阻尼,结构受到的地震作用较加固前增加较小,有效地减小了加固量。     

钢框架-预制混凝土抗侧力墙恢复力模型研究

为研究钢框架-预制混凝土抗侧力墙结构体系("SPW体系")的受力性能,对两榀足尺单跨单层钢框架-预制混凝土抗侧力墙试件进行水平低周反复加载试验,分析钢框架-预制混凝土抗侧力墙试件延性、破坏机理及滞回性能。试验表明:加载前期,抗侧力墙体作为结构第一道防线承担主要水平荷载,随着墙体逐步退出工作,钢框架承担主要水平荷载成为结构第二道防线。根据试件荷载-位移滞回曲线,分析得到钢框架-预制混凝土抗侧力墙试件三折线型骨架曲线计算式,通过分析试验数据,建立了"SPW体系"初始抗侧刚度计算式,提出加载刚度及卸载刚度退化规律,建立钢框架-预制混凝土抗侧力墙试件恢复力模型,可为该结构体系弹塑性分析提供依据。     

框架结构加固设计方案对比分析

某混凝土框架结构体系主体总高14m,总长77.5m,横向两跨,纵向十跨,采用独立基础设计。利用软件建立结构加固模型,对原结构、钢支撑加固结构和摇摆墙加固结构进行弹性和弹塑性分析,结果显示钢支撑加固和摇摆墙加固均可提高结构抗震承载力,但钢支撑加固法仍可能形成层屈服破坏机制,而摇摆墙加固法更有优势。     

基于消能减震的带消能墙框架结构体系的研究与应用

传统框架结构存在抗侧刚度较弱、缺少抗震二道防线等不足,现行规范对钢筋混凝土框架结构的应用有一定限制。基于消能减震的原理,构造了一种新型的消能构件——RBS消能墙,并将其与框架结构结合组成带消能墙的框架结构体系。采用数值模拟分析和构件试验及振动台试验的方法,进行了带消能墙框架结构体系的抗震性能研究,并给出了带消能墙框架结构的简便设计方法。研究结果表明:RBS消能墙具有良好的滞回耗能特性;在地震作用下,带消能墙框架结构中的消能墙首先屈服耗能,保护主体结构,为框架结构增加了抗震防线;带消能墙框架结构与纯框架结构相比,抗震性能得到明显提高。带消能墙框架结构在青岛某大型商业中心项目的应用效果良好,RBS消能墙的平面布置灵活,建筑空间适应性大,安装施工简便,为框架结构在多高层建筑的应用提供了有利条件。     

带外廊单跨框架结构房屋的加固改造设计

通过单跨框架结构加层改造的工程实例,论述了克服装配式楼盖、单跨框架结构房屋整体性能差、受力性能差的措施,采用多种加固措施对房屋进行加固改造,不拘泥于已有的建筑结构设计模式,将原建筑刚度薄弱处采用改变原墙体构造以增强结构刚度,使房屋楼盖刚度均匀,改善结构体系,同时采用增设柱间钢支撑的方式,增加抗震设防防线,加强房屋抗震性能,不仅满足了结构的受力要求,而且减少了对柱的冗余加固,使改造加固方案达到技术先进、经济合理、安全适用,节约了加固的费用,取得了良好的技术和经济效益.     

钢筋混凝土框架——斜撑结构体系抗震分析

在各种钢筋混凝土结构体系中,框架结构是抗震性能比较差的一种,其主要原因是框架结构只有一道抗震防线.目前在混凝土框架结构中增加抗震防线的结构有混凝土框架—剪力墙结构和钢支撑—混凝土框架结构.在钢框架结构中增加抗震防线的结构有框架—中心支撑结构和框架—偏心支撑结构.本文吸取上述各种结构的优点,提出在混凝土框架结构中增加混凝土斜撑,由混凝土框架和混凝土斜撑组合成一种新的抗侧力结构体系:混凝土框架一斜撑结构.本文通过与同类结构的对比及试设计计算结果分析,来论证这种新的结构体系符合抗震规范对结构体系的各项要求,在抗震性能及经济适用等方面都具有一定的优越性,可以应用到实际工程中.     

钢框架-预制混凝土抗侧力墙结构抗震性能试验研究

为研究钢框架-装配式混凝土抗侧力墙结构体系(SPW体系)的抗震性能,对2榀足尺钢框架-预制钢筋混凝土抗侧力墙结构进行低周反复荷载作用下的试验,研究结构的破坏形态、滞回性能、延性及变形以及耗能性能等.试验结果表明:该结构体系为一种典型的双重抗侧力体系,加载过程呈现出明显的两阶段受力状态,抗侧力墙作为结构抗震的第一道防线,在加载前期承担主要的水平荷载,随着墙体退出工作,钢框架成为结构抗震的第二道防线;加载后期,由于抗侧力墙顶部连接发生破坏,钢框架承担所有的水平剪力和倾覆弯矩作用.