基于垂直城市设计理念的平台型超高层结构体系研究

基于垂直城市设计理念,提出了一种新型超高层结构体系,即平台型超高层结构体系。该体系沿高度方向采用巨型结构搭建若干层结构平台,在各结构平台上建造各种不同使用功能及结构体系的建筑,而巨型结构平台由竖向筒体+桁架平台+斜撑组成。该体系的布置及受力特点基本符合极限高层建筑体系的概念,具有抗侧移效率高、适应各种城市功能建筑、实现垂直城市的建造的特点。对某400m高、575m高两栋在建超高层项目,分别采用2种平台型结构体系和巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系,进行了各体系的抗侧移效率及其他力学指标、建造成本等多方面、多角度的对比。结果表明,钢筋混凝土竖向筒体+钢桁架平台+斜撑的平台型结构体系是最优选择。     

某超高层酒店办公综合楼结构设计

在超高层建筑结构布置时,利用建筑平面中的楼梯间、电梯间较均匀地布置了多个钢筋混凝土简体,形成多筒体-框架结构,能够为整体结构提供较大的抗侧、抗扭刚度;沿倾斜立面直接布置斜柱,避免竖向构件的转换;超高层平面梁系布置要考虑竖向构件的轴向变形差异;空腹桁架的应用能够有效地减少构件的截面尺寸;超高层建筑结构分析必须采用不同的计算程序进行分析比较。本文结合实际工程的情况,简要介绍了设计、计算方法和结果,供同行参考。     

Y形框架梁在某超高层建筑中的应用研究

框架-核心筒结构楼盖角部的框架柱与核心筒角部剪力墙之间一般采用斜梁连接,或采用半框架梁间接传力到剪力墙.成都某超高层塔楼创新性地采用Y形框架梁连接框架柱与核心筒剪力墙,对Y形框架梁的优化布置进行了对比分析,并对该超高层建筑进行了基于性能的抗震设计,重点分析了Y形框架梁的性能水准,进行了结构模型试验,结果表明该超高层建筑能达到预设的性能目标,采用Y形框架梁是一种可行的结构布置方案,可供类似工程参考.     

巨型柱框架-核心筒结构三向地震作用反应分析

现有超高层建筑中较多采用一种带伸臂桁架的巨型柱框架-核心筒结构形式。为研究其竖向地震作用反应,以巨型柱框架-核心筒结构为研究对象,在分析结构自振特性的基础上,通过反应谱分析和时程分析,研究该结构在水平地震作用下和水平与竖向地震共同作用下的反应。结果表明:与仅有水平地震作用相比,巨型柱轴力、梁的跨中弯矩和环带桁架的轴力均增大,且增幅随结构高度的增加而增大;竖向地震作用对基底剪力和楼层侧移的影响不明显,对梁的跨中弯矩影响显著,在楼层较高的区域,巨型柱轴力、梁的跨中弯矩和环带桁架轴力分别增大了10.0%、29.6%和12.4%。     

高层建筑转换层中斜柱转换结构的应用研究

梁式转换结构具有传力清晰明确、结构形式较为简单等优点，但存在许多弊端，如转换梁刚度过大易形成“弱柱强梁”的不利构造以及梁自重较大造成转换层质量过大等缺点。而出现的斜柱转换结构在一定程度上弥补了梁式转换结构的缺点与不足，斜柱的设置提升了转换结构转换梁抗剪承载力，有效减少了转换梁的截面高度。对此建立了斜柱式和梁式转换结构的两组受力模型，采用有限元软件对荷载作用进行对比分析，总结斜柱转换结构的受力特点和梁式转换结构的优缺点，通过试验表明了再有效降低转换梁截面的同事，由于斜柱对转换梁的支撑作用以及斜柱、转换梁、框架柱的稳定三角体系，斜柱转换结构比梁式转换结构的抵抗竖向荷载和水平变形能力更优，为高层建筑中应用斜柱转换结构提供参考。     

重庆谦湖两江国际酒店考虑几何非线性的阶段施工分析

重庆谦湖·两江国际酒店沿竖向有4根斜柱,斜柱在低区向外倾斜,随着高度的增高倾斜角度逐渐变小,在22层左右变为向内倾斜。考虑到本工程竖向体型的特殊性,采用SAP2000进行了考虑几何非线性的阶段施工分析。按阶段施工并考虑混凝土徐变效应后,结构各构件会发生内力重分布;内力重分布对梁的影响大于柱子。通过考虑一次性加载与施工过程顺序的对比分析柱轴力、梁弯矩等的差别;以及在考虑施工过程顺序前提下,考虑混凝土收缩、徐变等考察了各构件内力变化,为设计提供了参考。     

高层主次结构受力特点及刚度计算方法

近年来,主次结构广泛应用在超高层建筑中,但对其受力特点和刚度形成机制的系统研究却很少。为明确主次结构刚度形成机制、指导主次结构结构设计,通过有限元分析对主次结构受力特点进行研究,给出主次结构抗侧刚度形成机制,并推导主次结构刚度计算方法。以巨型框架结构、主次框架结构、主次框架-单斜撑结构、主次框架-X斜撑结构为研究对象,以构件内力分布特点、变形特性、刚度贡献为重点关注指标。研究结果表明,主次结构在竖向及水平荷载作用下均表现出显著的二级受力特性。水平荷载作用下,主柱沿模块高度呈现弯剪型变形,主次框架-单斜撑、主次框架-X型支撑结构表现出显著的桁架受力特点。次柱轴力沿高度呈周期性分布,次结构传递荷载对主结构变形和内力影响不大,但是其对结构整体刚度贡献不可忽略。分析结果表明,主次结构抗侧刚度关键参数为支撑轴向刚度、主柱轴向刚度、主框架抗剪刚度、次框架抗剪刚度。基于刚度形成机制,给出主次结构刚度简化计算方法,并与有限元方法结果进行对比,验证了刚度形成机制及刚度简化计算方法的有效性。     

斜交网格结构体系的参数分析及简化计算方法研究

斜交网格结构体系由斜交成网格状的斜柱组成,同时承受竖向和水平荷载,具有刚度大、抗侧性能好的特点,已成功应用于广州西塔超高层(432m)结构外筒。针对超高层建筑筒中筒结构中的斜交网格外筒结构,通过结构力学方法推导最优斜交角度,采用三维杆系单元进行结构整体受力分析,得出了斜交角度、平面形状与结构位移、内力的关系曲线和参数变化规律。结果表明:有角柱和无角柱斜交网格结构的最佳斜交角度分别为53°~69°和63°~76°;随着斜交角度的增大,结构竖向刚度增大而抗扭刚度逐渐减小,但抗扭能力依然较好。平面形状对结构抗侧刚度、最佳斜交角度和柱轴力的影响不大;随平面边数的增加,斜柱的剪力和弯矩及梁的轴力均呈下降趋势。最后基于抗侧刚度控制的设计方法建立简化公式,给出了一种估算矩形平面斜交网格结构斜柱截面的方法,为工程设计提供参考。     

某美术馆斜柱框架结构设计方法

与传统框架相比斜柱框架在受力性能上存在较大差异,斜柱框架在结构自重作用下会产生较大的水平和竖向变形。借助一典型工程案例多方位、多角度对斜柱框架进行了研究分析,总结了一套分析斜柱框架的计算方法。该方法主要包括:斜柱受力特点对比分析、典型单榀框架受力分析、与斜柱相连的框架梁受力分析、楼板应力分析、穿层斜柱的整体屈曲分析、节点有限元分析和防连续倒塌分析等。采用该方法对本工程进行计算分析,结果表明:与斜柱相连的框架梁满足设计要求,节点设计满足强节点的设计原则,柱截面承载能力能满足防连续倒塌的设计要求。同时,应适当加大斜柱区域框架结构体系的整体刚度,应在适当位置设置中心支撑,增强斜柱框架的抗侧刚度;在楼板薄弱位置应采取适当的加强措施,保证水平力的有效传递。     

南京德基广场三期超高层建筑结构设计

由于建筑平面、立面上的需求,塔楼在底部存在较大收进且结构角部在中、高区逐层内收,为避免过多的转换结构构件,最终采用斜柱的方式满足建筑要求;为解决结构侧向刚度不足的问题,设置了伸臂桁架加强层,是一个颇具有代表性的有较多斜柱的带加强层超高层建筑结构。以层间位移角为约束条件,基于增量敏感性优化方法对伸臂桁架的位置及设置道数进行研究分析,基于力学原理分析了斜柱结构的受力机理,并对受其影响的钢梁、楼板进行专项分析,通过ABAQUS有限元软件对分叉柱关键节点进行有限元分析。结果表明：在斜柱楼层范围内,斜柱轴力产生的水平力在核心筒墙体内会造成水平剪力,其拉、压受力特性与斜柱倾斜方向相关,应重点对内倾柱进行加强。斜柱转折处的楼板受到较大拉力时会发生开裂,因此钢梁应考虑能独立承担斜柱的水平分力,按拉、压弯构件进行强度验算。斜柱转折楼层、伸臂加强层及其相邻楼层,均为楼板应力较大位置,设计中需重点关注及加强。通过专项分析加强后主体结构能达到预定的性能目标,且结构关键构件在罕遇地震下不屈服,具有良好的延性。     

杭州来福士广场超高层塔楼结构设计研究

杭州来福士广场项目位于杭州市中心区,主楼为超高层塔楼,地下3层,地上60层,总高度250 m。总结了该塔楼的结构设计要点,包括地震动参数及风荷载取值、结构选型与结构整体分析概况,重点分析了在竖向荷载作用下斜柱的水平变形及斜柱与核心筒之间楼板的应力状态。结果表明,在超高层建筑中,风荷载将会超过地震荷载作用,成为结构设计的水平控制荷载;倾斜程度较大的斜柱在竖向荷载下会产生水平位移,该位移可能对楼板产生不利影响,需通过局部加强措施保证结构的安全性。     

钢框架-核心筒结构不对称斜柱设计分析

不对称斜柱设计比以往常见的对称斜柱设计形式更加复杂,因此以某钢框架-核心筒结构的超高层塔楼为例,阐述了不对称斜柱结构的受力分析。提出了针对不对称斜柱采取的措施,以及对斜柱层采取0.2Q0剪力调整的方法,同时采用ABAQUS对斜柱层水平钢斜梁与核心筒内置型钢连接处的节点进行分析,证明了此节点设计的可靠性,希望能够对类似的项目提供参考。     

钢筋混凝土柱实腹屋面钢梁结构体系设计中的几个问题探讨

钢筋混凝土柱人字形实腹钢梁结构体系中竖向构件采用钢筋混凝土构件,屋面梁采用实腹钢梁.根据材料性能和结构的受力特性,通过实例计算,分析竖向荷载、水平荷载(风荷载)、屋面坡度、柱子刚度对梁内力、柱内力、柱顶水平位移、结构项部竖向位移、斜梁相对位移的影响,给出了风荷载、屋面坡度和柱截面的合理取值.     

高层斜交网格筒结构受力层间位移的计算及其应用

推导了斜交网格筒结构单元体的抗剪刚度、抗弯刚度以及竖向刚度的计算公式。通过连续化变形分析方法，给出了该类结构在三种典型荷载作用下的水平位移简化方法及其等效抗侧刚度。分析了结构体系的层间位移组成，给出了受力层间位移在弹性和弹塑性阶段的简化计算方法。采用PERFOR-3D软件分析了该类结构体系的层间位移和受力层间位移沿结构高度的变化规律，并进行了参数分析。结果表明：斜交网格筒结构体系的层间位移和受力层间位移沿结构高度方向均呈现先增大后减小的趋势；层间位移和受力层间位移最大值所在位置不同，且受力层间位移随楼层高度增加，其所占的比例逐渐下降，最大比例约为80%，建议同时考虑受力层间位移角和层间位移角作为该类结构的变形控制指标。斜柱角度、斜柱截面、主环梁跨数以及结构高宽比均对结构的层间位移有较大影响；而对于受力层间位移，斜柱角度和斜柱截面对其影响较大，主环梁跨数以及结构高宽比对其影响较小。     

天津市地铁大厦超高层建筑结构设计的研究

天津市地铁大厦高度为176m，属于超高层建筑。结构采用混合结构体系，结构形式为框架-混凝土核心筒体系，外框架结构的框架梁采用型钢混凝土梁，框架柱进行了优化设计，采用2个方案进行了深入的比较分析研究。第一方案采用型钢混凝土柱，第二方案采用圆钢管混凝土柱，通过比较分析，前者柱截面较大，影响了建筑使用面积，且用钢量较多，但对结构整体刚度贡献有所提高。第二方案采用钢管混凝土柱，截面缩小了20％，增加了使用面积，钢材节约20％左右，且施工简单，结构整体刚度满足设计要求，特别是其延性性能优越。通过研究，本工程采用钢管混凝土柱-型钢混凝土梁框架-混凝土核心筒结构体系，使工程经济造价合理，且结构抗震性能达到国内同类高度的超高层建筑水平。     

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.     

青岛国际航运中心竖向构件结构设计

青岛国际航运中心主楼结构高度254.4m,采用钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒混合结构。从结构体系、抗震性能设计等方面对超高层结构设计进行了简要论述。并对超高层建筑竖向构件设计中的钢管混凝土柱设计,弧形墙体设计以及徐变、收缩分析三个方面进行了详细分析、介绍。最后提出了使结构抗震性能目标和竖向构件徐变、收缩效应落实到结构设计的建议。     

银川某钢管混凝土框架-钢支撑体系塔楼结构设计

银川某超高层建筑塔楼的建筑高度为219.3m,采用钢管混凝土框架-钢支撑结构体系,并采用了屈曲约束支撑作为消能减震措施。主要介绍了本工程结构体系和抗侧力体系的确定、屋顶穹拱设计、斜柱分析及抗震加强措施,并采用YJK,MIDAS/Gen软件对塔楼进行了弹性反应谱分析,补充了弹性时程分析以及动力弹塑性分析。结果显示,结构各项指标均能满足规范要求,能够实现"大震不倒"的抗震设防目标。     

竖向布置沿高度内缩的某超高层建筑施工模拟分析

以竖向布置沿高度多次内缩的某超高层建筑为研究对象,采用了有限元分析软件ETABS,对该结构进行了全过程的施工模拟力学性能分析。对其分别考虑一次性整体加载、不考虑混凝土收缩徐变和考虑混凝土收缩徐变,各施工楼层的竖向位移、水平位移和部分主要构件内力的变化情况,以及施工至部分主要楼层时考虑外筒框架向阳面与背阳面温差作用对结构水平位移的影响。结果表明:对于竖向布置沿高度多次内缩的超高层建筑结构,对其结构水平位移的分析与对竖向位移的分析同等重要;考虑混凝土收缩徐变时,其对施工期结构竖向变形的影响明显要大于其对结构水平变形的影响,特别是在此类建筑的后期施工和使用阶段;考虑向阳面与背阳面温差与否对结构水平位移影响较为明显。施工模拟分析结果对竖向布置沿高度内缩的超高层建筑在施工期的变形质量控制具有重要的指导意义。     

门式刚架水平支撑和柱间支撑内力计算分析研究

本文把门式刚架、水平支撑和柱间支撑组成的结构体系力学模型,看成是一个空间单层网壳,其中,门式刚架的柱和斜梁作为梁柱单元,水平支撑和柱间支撑作为二力杆单元,与柱和斜梁铰接连接;采用浙江大学建筑工程学院的设计软件MSTCAD对其受力机理进行分析研究,并用一个实例说明支撑结构的内力分布规律。