钢框架-组合钢板墙核心筒结构的抗震性能分析

组合钢板墙是一种适用于高层建筑的新型抗侧力构件。对钢框架-组合钢板墙核心筒结构在多遇地震和罕遇地震下的抗震性能进行分析,研究结构在罕遇地震作用下的破坏顺序和破坏模式,并与基本自振周期相近的钢框架-混凝土核心筒结构的抗震性能进行对比,以考查组合钢板墙对钢框架-核心筒结构抗震性能的影响。分析结果表明,在多遇地震作用下,钢框架-组合钢板墙筒体结构和钢框架-钢筋混凝土筒体结构的抗震性能相差不大;在罕遇地震作用下,钢筋混凝土核心筒很快发生塑性损伤,随即刚度严重退化,而组合钢板剪力墙中的钢板先屈服,可以减缓核心筒的刚度退化,提高核心筒的延性,从而改善钢框架-核心筒结构的抗震性能。     

地震作用下钢框架混凝土核心筒组合结构体系的抗震性能

钢框架混凝土核心筒组合结构体系是外框架采用钢结构,内筒采用混凝土剪力墙结构,形成钢框架混凝土内筒体系。采用ANSYS有限元软件对25层钢框架混凝土核心筒组合结构体系进行地震作用下的地震响应分析和稳定性分析,得到数据结果表明,该结构体系抗震性能比纯钢框架架结构的抗震性能更加优越。     

钢框架-混凝土核心筒结构框架地震设计剪力标准值研究

为研究双重体系钢框架-混凝土核心筒结构的框架设计地震剪力标准值,对20个钢框架-混凝土核心筒结构模型进行了静力弹塑性分析。从承载力、结构失效模式和框架破损程度三个方面评价20个计算模型的抗震能力。根据推覆分析结果,提出了如下设计建议:8度抗震设防时钢框架-混凝土核心筒结构的刚度特征值λ大于0.65,各层框架的设计地震剪力标准值不小于本层总剪力的18%和不小于框架-核心筒结构计算得到的地震剪力的1.2倍(加强层和顶层的剪力可不小于框架-核心筒结构计算得到的地震剪力),框架角柱轴压比不大于0.5。算例表明,符合建议的钢框架-混凝土核心筒结构,在地震作用时不会出现不合理的破坏形态。     

北京机场新塔台结构振动台试验研究

对首都机场新塔台钢筋混凝土筒 -钢框架组合结构缩尺模型进行了模拟地震振动台试验研究 ,分析了高耸塔台结构的地震反应和破坏特征 ,并对这种下部为混凝土筒体 ,上部为钢框架结构的锚固连接及钢框架结构层间位移控制进行了探讨 ,为提出这类钢 -混凝土组合结构体系抗震计算模型和设计理论提供了试验依据。     

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.     

外框支框筒内核心筒钢管混凝土组合筒体结构拟动力试验研究

进行了1个钢管混凝土组合筒体结构模型的拟动力试验。模型为比例1∶10的13层钢管混凝土组合筒体结构,外筒为钢管混凝土框支框筒结构,内筒为钢筋混凝土核心筒结构。将模型等效为两自由度体系,分别进行了地震波加速度为0.22g、0.40g、0.62g和1.0g共4种工况的拟动力试验,通过对位移时程、作用力时程、应变状态、开裂状况等参数的测试,研究了结构在地震作用下的耗能机制、破坏特征与破坏机理,以及结构的弹塑性性能。研究表明,核心筒是抵抗水平剪力的重要构件,承担了结构大部分剪力,先于其它构件开裂,但核心筒底层的破坏程度比2层要轻;连梁是核心筒受力最集中、破坏最明显的部位,应重视连梁的延性设计;钢管混凝土角柱的强度高、变形性能好,分担了外框筒的主要轴向力,对其它翼缘混凝土柱起到了卸载保护作用,另外,钢管混凝土柱与梁的环形节点构造在复杂的节点内力联合作用下受力是可靠的。试验证明了钢管混凝土组合筒体结构是一种具有良好抗震性能的结构体系。     

基于某工程实例的超高层结构体系比选

为了研究钢框架-核心筒结构、带加强层的钢框架-核心筒结构和强外筒-核心筒结构在安全性、稳定性和经济性上的特点,对不同结构体系的传力路径和抗震性能进行比较。通过对一个工程实例进行结构选型比较,对比分析不同结构体系下结构的变形、材料用量、结构的传力体系、多遇地震下重要构件的受力情况以及罕遇地震下结构的性能。结果发现,相比于无加强层的钢框架-核心筒结构和带加强层的钢框架-核心筒结构,强外筒-核心筒结构不仅能节约4%～17%的材料用量,还能避免结构竖向刚度突变及核心筒与外框架承载的剪力正负号相反等情况,缓解楼板翘曲等,强外筒-核心筒结构在罕遇地震下具有更好的抗震性能。     

钢框架-型钢混凝土抗侧力墙装配式结构抗震性能试验研究

为研究钢框架-型钢混凝土抗侧力墙装配式结构体系(SPW体系)的抗震性能,对1榀由钢框架和预制型钢混凝土抗侧力墙组成的SPW结构足尺试件进行水平低周反复荷载作用下的试验研究,考察装配式构造的可靠性,分析结构的破坏机理、滞回性能、刚度退化、延性及变形、耗能性能和协同工作机理等。试验结果表明:SPW体系具有可靠的整体性能;结构体系开裂荷载对应的层间位移角为1/400,极限荷载对应的层间位移角超过1/50,位移延性系数在3.1~3.3之间;墙体开裂之前,抗侧力墙体承担约60%的水平剪力,并呈逐步减小趋势,钢框架承担70%~85%的倾覆弯矩。     

大震下某钢管混凝土框架-核心筒结构的抗震性能研究

对钢管混凝土框架-核心筒进行大震时程分析,通过对比结构位移和剪力各自的弹性与弹塑性结果来研究结构的抗震性能,其中结构位移包括塔楼顶点位移和层间位移角,剪力包括塔楼基底剪力和楼层剪力。研究表明结构弹性与弹塑性的结果差异主要取决于整体刚度弱化幅度和地震作用减小幅度的之间关系。分析结果也表明大震作用下筒体与连梁损伤后框架剪力分担比比例提高,框架良好地发挥第二道防线作用。最后,对剪力墙、框架柱和钢梁的弹塑性受力状态进行分析,表明该结构体系具有较好的抗震性能。     

带水平加强层的高层框架——核心筒结构push-over分析

水平加强层作为提高结构抗侧刚度、降低框架-核心筒结构剪力滞后效应的有效手段,近年来得到了广泛的应用。但带水平加强层的高层筒体结构在地震作用下表现出非常复杂的反应特性,为了定量地分析水平加强层对高层框架-核心筒结构抗震性能的影响,利用模拟框架支撑结构替代剪力墙,采用杆系空间协同模型,选取典型框架-核心筒高层建筑进行了3种加强层不同设置方案的Pushover分析,较为系统地研究了框架-筒体结构与带加强层的框架-筒体结构在地震作用下的屈服机制和延性性能。为高层框架-核心筒结构设计提供了相关建议。     

超高层钢管混凝土重力柱-混凝土核心筒结构振动台试验研究

提出一种新型的钢管混凝土重力柱-核心筒结构体系,通过地震模拟振动台试验验证其抗震性能。以实际超高层钢管混凝土柱框架-混凝土核心筒建筑结构为参考,将钢框架梁与柱或核心筒的刚性节点改为螺栓连接的铰接节点,简化结构并制作1/40的缩尺结构模型,采用4条地震动记录进行不同工况的振动台试验,分析结构的震损特点、动力特性、侧向位移、层间位移角、扭转角、地震惯性力、楼层剪力和倾覆弯矩等。结果表明：震损主要出现在下部楼层的混凝土楼板与柱连接、楼板与核心筒连接、楼板与钢梁连接、核心筒角部等部位;基本自振周期和阻尼比随震损增加而增大,动力放大效应减小,长周期地震动反应显著,侧向变形和层间位移显著增大;外排架柱的层间位移主要为不产生内力的刚体转动,核心筒层间位移角达1/26,超过规范JGJ 3—2010中规定的框架-核心筒结构体系不倒塌限值的3.85倍而未出现倒塌;外排架抗扭刚度小,结构扭转反应由核心筒主导;地震惯性力和楼层剪力受地震长周期分量的影响小,随结构损伤增大楼层内力增加幅度减小。     

装配式轻钢框架-带暗支撑轻墙体组合结构抗震性能试验研究

为适应装配式低层住宅结构的发展,研发了装配式轻型钢管再生混凝土框架-带暗支撑单排配筋再生混凝土薄墙体组合结构（简称“装配式轻钢框架-轻墙体组合结构”）,该结构由预制轻钢框架与轻墙体共同受力,暗支撑的设置可提高墙体的抗剪性能。通过6个装配式轻钢框架-轻墙体组合结构试件的拟静力试验,分析了轻墙体分布钢筋间距、暗支撑设置对试件损伤演化过程、滞回特性、承载力、延性、刚度、残余变形率和耗能性能的影响。结果表明：装配式轻钢框架-轻墙体组合结构具有良好的协同工作性能,加载过程中,体现出两道抗震防线,即轻墙体为第一道抗震防线,轻钢框架为第二道抗震防线;结构中轻墙体为剪切破坏,轻钢框架的梁和柱为弯曲破坏,轻墙体的存在明显减缓了轻钢框架侧向位移的发展,连接梁和柱的强化型节点可靠连接。同时,轻墙体分布钢筋间距减小及设置暗支撑均可显著提高组合结构整体的延性和耗能能力,并明显延缓墙体的破坏程度。     

大连国际会议中心支撑筒设计与试验研究

大连国际会议中心工程以平面分布不规则的14个筒体为整个工程结构水平和竖向主要支承构件。由于结构形式的特殊性,筒体受力形式有别于传统高层建筑结构中的核心筒。为满足抗震设计及结构连接构造的需要,工程采用内藏带斜支撑型钢桁架混凝土组合筒体,并针对受力特点采取必要的构造措施。为深入研究该筒体性能,结合工程实际进行了缩尺筒体模型抗震试验研究,包括刚度及其退化过程、承载力、延性、抗震耗能能力及破坏特征、构造措施有效性等。根据试验结果,针对试验中薄弱部位采取进一步加强措施,提高筒体抗震能力。研究表明,内藏带斜支撑型钢桁架混凝土组合筒体具有很高的承载能力;内藏钢框架可明显提高筒体承载力、延性,阻止刚度退化;筒体不规则洞口形成薄弱部位,虽然采取若干措施,支撑筒整体承载力仍然有较明显的降低,因此应尽量减少短墙开洞,同一截面处不应开多个洞口。     

Experimental study on the seismic behavior of a shear wall with concrete‐filled steel tubular frames and a corrugated steel plate

Shear walls and core tubes in shear walls constitute the core anti‐earthquake vertical systems of high‐rise buildings. This paper proposes a new type of composite shear wall with concrete‐filled steel tubular frames and corrugated steel plates. The seismic behavior of the new shear wall is studied using a cyclic loading test and damage analysis. The failure mode, load‐carrying capacity, ductility, stiffness degradation, hysteresis behavior, and energy dissipating capacity exhibited in the test are studied. The test results show that when the proposed wall is broken, the tension side of concrete‐filled steel tubes is torn. The concrete at the bottom of the wall is detached and peels off along the through cracks. The energy dissipation capacity of concrete walls is more fully utilized. The proposed wall exhibits excellent deformability, energy dissipation capacity, and the stiffness degradation was slower than that of other walls. The use of corrugated steel plate significantly improved the seismic performance while simultaneously increasing the ductility and reducing the damage. In addition, this paper modified the energy dissipation factor in the Park & Ang model based on the situation of the specimen and experiment. It can be used to evaluate the damage degree of this new type of shear wall.     

T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能研究

为研究T形钢管混凝土柱-钢梁框架抗震性能,进行了两榀T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架拟静力试验,探讨了柱轴压比对框架滞回性能的影响。试验结果表明,框架在往复荷载作用下均呈理想的梁铰破坏机制;随着水平位移荷载的增大,框架滞回曲线渐趋饱满,最终框架正负向位移延性系数均大于4.0,满足建筑结构抗震延性需求;随着柱轴压比增大,其耗能能力提高,但框架的延性下降。提出了该类框架的简化三折线恢复力模型,可为T形钢管混凝土柱-钢梁框架的深化研究及工程设计提供参考。     

不同连接方式下新型砌体填充墙框架结构的抗震性能

试验设计了4榀足尺框架结构,其中1榀为空框架,3榀为带新型横孔空心砌块砌体填充墙,带填充墙框架试件分为刚性连接试件和柔性连接试件2种。对各试件在恒定竖向力和水平低周反复荷载作用下的抗震性能进行试验,研究了框架在不同连接形式下的破坏特征、滞回特性、骨架曲线、位移延性、刚度退化、强度退化、耗能能力。结果表明:柔性连接试件抗震性能介于空框架和刚性连接试件之间,框架梁和填充墙采用拉结筋连接试件的抗震性能相对于未设置拉结筋试件有所改善,但提高幅度有限。     

钢-混凝土组合框架-核心筒结构设计研究

本文介绍了8度抗震设防区的北京LG大厦塔楼钢-混凝土组合框架-核心筒结构的设计研究和相应的节点构造。核心筒是整个结构的主要抗侧力构件,为了改善核心筒剪力墙的延性,设计中在核心筒四大角及纵横墙交点处设置钢骨柱。同时,为了提高承托楼面桁架的剪力墙联系梁的非弹性变形能力,沿核心筒y向联系梁内设置了型钢,与钢骨柱组成暗框架,加强了核心筒的整体性。弹塑性动力时程分析结果表明了这种结构体系具有较好的抗震性能,计算结果与模型的振动台试验结果非常吻合。振动台试验结果表明,在8度罕遇地震作用下,核心筒边缘构件和底部框架柱均没有发现钢筋压屈、混凝土崩落现象;核心筒与外围框架两者间能很好地协同工作;核心筒内的暗钢柱提高了楼面钢梁端部锚固能力,钢梁与混凝土墙之间的连接没有发现破坏现象,但值得注意的是梁端测得的应变较大,这种现象反映了梁(桁架)的端部即便是接“铰接”处理,仍然存在地震作用产生的约束弯矩,设计中应给予足够的重视。计算分析和试     

高承载钢板剪力墙抗震性能试验研究

框架-阻尼框筒是以框架-钢板剪力墙代替框架-核心筒结构中的钢筋混凝土核心筒,通过钢板剪力墙提供阻尼和刚度,形成了新的减震体系。基于该体系在超高层建筑中应用需求,完成了2个足尺钢板剪力墙的低周往复加载试验,对比分析了剪力墙在循环荷载作用下的承载力、延性、刚度及耗能能力,并与相应有限元结果进行对比。结果表明,所提出的高承载钢板剪力墙具有优良的延性和耗能能力,屈服荷载和极限荷载分别超过3300kN和5500kN,满足相应抗震设计要求。同时,有限元分析结果与试验结果吻合较好,可用于后续钢板剪力墙的优化。